Genetika Molekuler Pembuktian DNA seba
TUGAS MAKALAH
MATA KULIAH GENETIKA MOLEKULER
PEMBUKTIAN DNA SEBAGAI MATERI GENETIK
Disusun oleh :
Nama
:
Sarifatul Maulidia Yz
BP
:
1410421015
DOSEN PENGAMPU : Dr. Dewi Imelda Roesma, M.Si
JURUSAN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG, 2017
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Para ahli pada tahun 1930-an telah melakukan studi dan mempelajari susunan kimia
gen melalui pendekatan biofisik dan biokimia. Hal ini yang kemudian berkembang
melahirkan cabang ilmu baru yang disebut Biologi Molekular (Henuhili, 2000)
Biologi molekuler merupakan ilmu pengetahuan merupakan multi disiplin ilmu dari
biokimia, biologisel, dan genetika yang mempelajari aktivitas biologi pada level
molekular, termasuk interaksi antara perbedaan tipe DNA, RNA, protein, dan
biosintesisnya (Wahyudi, 2011).
Istilah biologi molekular pertama kali diperkenalkan oleh William Astbury
pada tahun 1945. Biologi molekular pada saat ini diartikan sebagai ilmu yang
mempelajari fungsi dan organisasi jasad hidup (organisme) ditinjau dari struktur dan
regulasi molekular unsur atau komponen penyusunnya.
Biologi molekular atau biologi molekul merupakan salah satu cabang biologi
yang merujuk kepada pengkajian mengenai kehidupan pada skala molekul. Hal ini
menyangkut tentang interaksi molekul dalam benda hidup dan kesannya, terutama
tentang interaksi berbagai sistem dalam sel, termasuk interaksi DNA, RNA, dan
sintesis protein, dan bagaimana interaksi tersebut diatur. Bidang ini juga berhubungan
dengan bidang biologi (dan kimia) lainnya, terutama genetika dan biokimia.
Perkembangan ilmu dan pengetahuan dalam biologi molekuler, khususnya
pada pengkajian karakter bahan genetik telah menghasilkan kemajuan yang sangat
pesat bagi perkembangan penelaahan suatu organisme dan pemanfaatannya bagi
kesejahteraan manusia (Suryanto, 2003). Keterkaitan antara Genetika dan Biologi
Molekular ini memunculkan istilah Genetika Molekular, yaitu ilmu yang
mempelajari tentang seluk beluk gen (Henuhili, 2000). Area penting dalam genetika
molekuler adalah penggunaan informasi molekuler untuk menentukan pola
penurunan atau hereditas, dan juga dalam pengklassifikasian (molecular
systematics) melalui penggunaan metode-metode genetika dan biologi molekuler
(Sutarno, 2012)
Para ahli menyadari bahwa pola dari hereditas bisa dijelaskan dari segregasi
yang dicapai kromosom pada meiosis. Hal ini bisa menjawab pertanyaan yang
muncul dari ahli biologi selama lebih dari 50 tahun (Johnson, G dan Raven, 2002)
Berdasarkan uraian di atas, maka makalah ini disusun untuk memahami pembuktian
DNA sebagai materi genetik
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari penyusunan makalah ini adalah
1. Apa yang dimaksud dengan materi genetik dan apa persyaratan yang harus
dipenuhi material genetik?
2. Bagaimana struktur DNA dan menghubungkan DNA dengan persyaratan
genetiknya?
3. Bagaimana pembuktian DNA sebagai materi genetik?
1.3 Tujuan
Tujuan dari makalah ini adalah untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan
materi pembawa genetik dan syarat yang harus dipenuhi material genetik, struktur
DNA dan menghubungkan DNA dengan persyaratan genetiknya, dan pembuktian
DNA sebagai materi pembawa genetik.
II. PEMBAHASAN
2.1 Materi Genetik
Menurut Goodenough (1988), persyaratan tertentu harus dipenuhi molekul
manapun, bila molekul itu akan memenuhi syarat
sebagai substansi yang
meneruskan informasi genetik. Persyaratan tersebut adalah
1. Material genetik harus mengandung informasi biologis
2. Material genetik harus diperbanyak dan dipindahkan ke sel atau dari
generasi ke generasi
3. Material genetik harus dapat mengekspresi sendiri sehingga akan dihasilkan
dan dipertahankan molekul biologis yang lain dan akhirnya adalah sel dan
organisme.
4. Material genetik harus mampu bervariasi
2.2 Struktur DNA dan Menghubungkan Struktur DNA dengan Persyaratan
Genetiknya
2.2.1 Struktur DNA
Pada tahun 1953 Watson dan Crick mengemukakan model fisis dan kemis
struktur DNA yang didasarkan pada 3 data sbb.:
a. Molekul DNA tersusun atas tiga komponen utama yakni, basa nitrogen,
gula ribosa, dan fosfat yang terangkaidalam suatu rantai polinukleotida. Sebuah
nukleotida selalu memiliki ujung 3’ – OH dan 5’P, sehingga dalam
“double helix” menurut model Watson-Crick terdapat satu buah pita dengan
arah 3’→ 5’, sedangkan pita pasangannya 5’→ 3’.
Watson dan Crick
berpendapat bahwa struktur DNA “double helix” hanya dapat stabil, apabila
basa adenin dari satu pita berpasangan dengan basa timin
dari
pita
pasangannya, dan basa sitosin berpasangan dengan basa guanin. Pasangan
adenin dan timin dihubungkan oleh 2 atom H, sedangkan basa sitosin dan
guanin dihubungkan dengan 3 atom H.
Gambar 1. Struktur Nukleotida
b. Dan percobaan Chargaff yang melakukan hidrolisis DNA diketahui bahwa
perbandingan basa purin dan pirimidin dari DNA sebesar 50% : 50%.
Lebih jauh lagi dikemukakan bahwa jumlah adenin sebanding dengan
timin, guanine sebanding dengan sitosin. Ekuivalensi ini kemudian dikenal
dengan hokum Chargaff. Secara sederhana hukum Chargaff yang berlaku
untuk berbagai jenisorganisme dinyatakan sbb.: rasio A/T=1, rasio G/S
=1, tetapi rasio (A+T)/(G+S) yang biasa dikenal dengan istilah persentase
GS (%GS) bervariasi antar organisme. Oleh karena persentase basa purin
= basa pirimidin, maka (A+G)/(S+T) =1.
Gambar 2. Aturan Chargaff
c. Dari percobaan Rosalind Franklin dan Maurice H.F. Wilkins yang melakukan
teknik penyinaran sinar-X dari bahan serat DNA diketahui bahwa difraksi
molekul merupakan fungsi bobot dan susunan jarak molekul. Dari percobaan
ini diketahui bahwa DNA memiliki strukturdouble-helix (pita ganda berpilin)
dengan dua tipe pilinan berulang masing-masing berukuran 0,34 nm dan 34
nm. (1 nm = 10-9 m =10 Angstrom). Menurut Yuwono (2005) DNA terdiri atas
tipe A, B, dan Z. Molekul DNA tipe B mempunyai lekukan besar dan lekukan
kecil. Dibandingkan dengan tipe A, lekukan besar pada tipe B lebih mudah
mengikat protein tertentu karena lekukan besar pada tipe A lebih dalam.
Bentuk A lebih menyerupai konfromasi bagian untai-ganda molekul RNA
(misalnya pada tRNA). Molekul hibrid DNA-RNA juga cenderung
mempunyai bentuk tipe A. DNA tipe Z adalah satu-satunya DNA yang
untaiannya mempunyai orientasi putar-kiri (left-handed). Molekul DNA tipe
semacam ini mempunyai kerangka gula-fosfat yang berbentuk zigzag sehingga
disebut Z. DNA Z hanya mempunyai satu lekukan yang mempunyai kepekatan
muatan negatif lebih besar dibandingkan dengan yang ada pada lekukanlekukan DNA tipe B.
(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)
Gambar 3. Tipe Double Helix DNA (a) B-DNA (b) A-DNA (c) Z-DNA
Tabel 1. Perbedaan Tipe Double Helix DNA (sumber:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21134/table/A5274/?report=objectonly)
Nukleotida terdiri dari:
a. Satu molekul gula (dalam hal ini adalah "deoksiribosa") mengandung 5 karbon.
Gambar 4. Gula Pentosa
b. Satu molekul fosfat
Gambar 5. Fosfat
c. Satu molekul basa nitrogen. Basa nitrogen tersebut berikatan dengan carbon
pertama dari gula deoksiribosa, sedangkan fosfat berikatan dengan Carbon
kelima dari gula yang sama. Basa nitrogen yang menyusun nukleotida
dikelompokan menjadi 2 yaitu:
¾ Purine, yaitu basa nitrogen yang strukturnya
Termasuk diantaranya adalah :
uanine dan
berupa dua cincin .
uanine.
¾ Primidin, yaitu basa nitrogen yang strukturnya berupa satu cincin .
Termasuk diantaranya adalah : citosin dan timin.
Gambar 6. Basa Nitrogen
2.2.2 Menghubungkan Struktur DNA dengan Persyaratan Genetiknya
Material genetik harus mengemban informasi – ini adalah persyaratan pertama
materi genetik. Dari struktur DNA, terlihatlah bahwa urutan basa sepanjang suatu
rantai polinukleotida dapat mengandung informasi genetik.
Replikasi DNA. Suatu material genetik harus mampu menggandakan
dirinya sendiri secara sempuma sehingga setiap sel anak memiliki materi yang
identik dengan materi genetik tetuanya, termasuk didalamnya kemampuan untuk
mengalami mutasi karena di dalam pertumbuhan dan perkembangan suatu
organisme hal ini sering terjadi. Watson dan Crick dalam papernya telah
menjelaskan akan kemampuan ini yang dimiliki oleh DNA, dimana proses ini
berlangsung secara luar biasa akurat. Didalam papemyakedua ahli tersebut
menunjukkan bahwa kesalahan yang terjadi didalam suatu proses replikasi
DNA hanya sebesar satu per satu milliar.
Ekspresi DNA. Urutan nukleotida dalam molekul DNA mungkin
diterjemahkan ke dalam urutan asam amino di dalam polipeptida. Variasi DNA
Urutan nukleotida di dalam genome menentukan urutari asam amino di tingkat
polipeptida melalui proses transkripsi dan translasi. Apabila terjadi perubahan
urutan nukleotida di dalam satu titik tertentu, maka terjadi pula perubahan urutan
asam amino.perubahan pada urutan nukelotida ini disebut dengan mutasi. Mutasi
ini bisa dikarenakan oleh banyak penyebab, atara lain: sinar gamma, sinar ultra
violet, serta zat kimia tertentu (Goodenough, 1988)
2.3 Pembuktian DNA sebagai Materi Genetik
Kromosom terdapat di dalam gen. Komponen kimiawi kromosom, DNA dan
protein, perlu pembuktian yang mana yang merupakan materi genetik. Seorang ahli
kesehatan dari Inggris, Frederick Griffith, mempelajari penyebab penyakit
pneumonia pada mamalia, yaitu bakteri Streptococcus pneumoniae. Ia mempunyai
2 strain bakteri, yaitu yang dapat menyebabkan penyakit dan lainnya tidak. Bakteri
penyebab penyakit mempunyai ciri spesifik, yaitu adanya kapsul yang
menyelubungi seluruh sel. Selubung kapsul menyebabkan permukaan bakteri
tersebut halus (smooth), bakteri yang memiliki selubung ini disebut juga bakteri
tipe S (singkatan dari smooth). Bakteri yang tidak berbahaya, mempunyai
permukaan sel yang kasar, karena tidak diselubungi oleh kapsul. Bakteri ini disebut
bakteri tipe R (singkatan dari rough).
Percobaan Griffith memberikan penjelasan awal tentang adanya sesuatu
yang dapat berpindah dan menyebabkan terjadinya perubahan pada sel tersebut.
Empat perlakuan yang dilakukan Griffith adalah sebagai berikut :
1. Tikus yang disuntik dengan kultur bakteri tipe S mati
2. Tikus lain yang disuntik dengan bakteri tipe R nonvirulen tidak mati
3. Bakteri tipe S dimatikan dengan pemanasan 60oC selama 3 jam, kemudian
disuntikkan pada tikus, ternyata tikus tersebut tetap sehat. Kesimpulan dari
percobaan ini adalah bakteri virulen S akan menyebabkan penyakit pada
tikus, apabila dalam keadaan hidup.
4. Griffith mencampur bakteri tipe S yang telah mati karena pemanasan dengan
bakteri tipe R, kemudian disuntikan pada tikus. Tikus percobaan sakit, dan
dari hasil otopsi, ditemui banyak bakteri tipe S pada tikus tersebut. Ada
substansi yang berasal dari bakteri tipe S yang sudah mati, mengubah sel
bakteri tipe R menjadi bentuk bakteri virulen (tipe S). Sifat patogenitas yang
dimiliki bakteri tipe R ini ternyata diwariskan ke semua keturunannya.
Pada percobaan ini Griffith belum mengetahui substansi yang menyebabkan
perubahan yang diwariskan. Fenomena ini disebut transformasi, yaitu perubahan
genotip dan fenotip yang disebabkan oleh asimilasi DNA eksternal
Gambar 7. Percobaan Griffith
Percobaan Griffith dilanjutkan oleh Oswald Avery, Colin MacLeod dan
McCarty, 14 tahun kemudian. Bersama-sama teman-temannya dia menggunakan
kultur bakteri tipe S yang telah mati karena pemanasan. Mereka memecah sel
bakteri dengan detergen dan menggunakan sentrifus memisahkan komponen sel
(ekstrak sel) dengan penyusun sel lainnya. Ekstrak sel bakteri tersebut kemudian
diinkubasi bersama kultur bakteri R yang hidup, kemudian ditumbuhkan pada
media kultur di petridish. Adanya pertumbuhan bakteri S pada media kultur
menunjukkan bahwa ekstrak mengandung prinsip transformasi, yaitu materi
genetik dari bakteri S mengubah bakteri R menjadi bakteri S. Avery dkk menduga
bahwa satu diantara komponen makromolekul yang terdapat di dalam ekstrak-polisakarida, protein, RNA, dan DNA -- adalah penyebab transformasi.
Untuk menentukan penyebabnya, komponen penyusun sel dirusak satu per
satu dengan menggunakan enzim yang spesifik untuk substansi tersebut. Contoh :
untuk merusak protein menggunakan enzim protease, untuk merusak RNA
menggunakan enzim ribonuklease. Hasil percobaan ini
membuktikan bahwa
degradasi komponen–komponen penyusun sel tidak menghalangi berlangsungnya
prinsip transformasi, kecuali ketika molekul DNA dirusak dengan menggunakan
enzim deoksiribonuklease.
Gambar 8. Percobaan Oswald Avery, Colin MacLeod
Percobaan ini dimana terjadi transformasi pada bakteri membuktikan bahwa
DNA merupakan materi genetik. Dalam hal ini ditemukan bahwa DNA merupakan
materi genetik pada bakteri (Lewin, 2004).
Bukti lain bahwa DNA merupakan materi genetik dibuktikan dari
bakteriofag. Komponen virus terdiri dari DNA (atau RNA pada virus tertentu) dan
protein yang menyelubunginya. Untuk memperbanyak diri, virus harus
menginfeksi sel dan mengambil alih perangkat metabolisme sel tersebut.
Bakteriofag artinya pemakan bakteri. Materi genetik dari bakteriofag yang dikenal
sebagai T2 itu adalah DNA. Alfred Hershey dan Martha Chase menyebutkan T2
merupakan salah satu dari faga yang menginfeksi bakteri Escherichia coli (E. coli)
yang hidup di usus mamalia. Seperti virus lainnya T2, terdiri dari DNA dan protein.
Melalui E.coli, T2 bisa memperbanyak diri, sehingga disebutkan bahwa E.coli
sebagai pabrik penghasil T2 yang dilepas ketika sel itu pecah. T2 dapat
memprogram sel inang (E.coli) untuk memproduksi virus, tetapi belum diketahui
bagian mana dari virus tersebut yang berperan program tersebut, protein atau DNA.
Hershey dan Chase melakukan percobaan untuk membuktikan bagian mana
dari dua komponen penyusun T2 yang masuk ke dalam sel bakteri. Dalam
percobaan ini mereka menggunakan isotop radio aktif yang berbeda untuk
menandai DNA dan protein. Pertama kali, T2 ditumbuhkan dengan E.coli dalam
sulfur radio aktif (35S). Karena protein mengandung sulfur, atom-atom radio aktif
ini hanya masuk ke dalam protein faga tersebut. Dengan cara yang serupa, kultur
T2 yang berbeda ditumbuhkan dalam fosfor radio aktif (32P).
Karena DNA mengandung fosfor, bukan protein, maka fosfor radio aktif
akan melekat pada DNA. Kedua macam kultur mengandung T2 yang sudah
berlabel radio aktif tersebut kemudian dibiakkan secara terpisah bersama kultur E.
Coli yang non radio aktif. Setelah terjadi infeksi, kultur diblender untuk melepaskan
bagian faga yang terdapat di luar sel bakteri. Hasil blender kemudian diputar dengan
sentrifus, sehingga ada bagian sel yang membentuk pelet di dasar tabung sentrifus.
Bagian lainnya yang lebih ringan berada di dalam cairan (supernatan).
Dari hasil pengamatan radioaktivitas di dalam pelet dan supernatan, dapat
dibuktikan bahwa bakteri yang terinfeksi faga T2 yang berlabel radioaktif pada
proteinnya, sebagian radioaktifnya ditemukan di dalam supernatan yang
mengandung partikel-partikel virus. Hasil ini membuktikan bahwa protein faga
tidak memasuki sel inang. Pada bakteri yang terinfeksi faga T2 yang DNA-nya
ditandai dengan fosfor radioaktif, hasil peletnya yang merupakan materi bakteri,
sebagian besar mengandung unsur radioaktif tersebut. Ketika bakteri tersebut
dikembalikan ke dalam kultur, infeksi terus berjalan, dan melepaskan faga-faga
yang mengandung fosfor radioaktif.
Hershey dan Chase menyimpulkan bahwa DNA virus masuk ke dalam sel
inang, sementara sebagian besar protein tetap berada di luar. Masuknya molekul
DNA ini menyebabkan sel-sel memproduksi DNA dan protein virus baru. Peristiwa
ini membuktikan bahwa asam nukleat merupakan materi genetik.
Gambar 9. Percobaan Hershey dan Chase
Pada umumnya organisme memiliki DNA sebagai materi genetiknya, tetapi
sebagian virus yang menginfeksi bakteri memiliki RNA sebagai pembawa
informasi genetik. TMV (Tobacco Mosaic Virus) adalah virus penyebab penyakit
pada tanaman tembakau yang memiliki RNA, bukan DNA, sebagai materi
genetiknya.
A Gierer dan G. Schramm pada tahun 1956 melakukan percobaan
menginokulasi RNA murni dari TMV pada tanaman tembakau. Percobaan ini
dilanjutkan oleh H. Fraenkel-Conrat dan B. Singer pada tahun 1957. Mereka
memisahkan RNA dan protein dari strain TMV yang berbeda. RNA dan protein
tersebut kemudian di rekonstruksi dengan pasangan yang RNA dan protein dari
strain yang berlainan. Kedua hasil hibrida virus ini kemudian diinfeksikan pada
daun tanaman tembakau. Isolasi virus dari daun yang terinfeksi menunjukkan
bahwa gejala penyakit yang disebabkan hibrida virus tersebut sangat spesifik
dengan RNA dari strain TMVnya, bukan proteinnya. Dari percobaan ini dapat
ditarik kesimpulan bahwa pada TMV, RNA adalah materi genetik.
Gambar 10. Percobaan H. Fraenkel-Conrat dan B. Singer
III. PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Berdasarkan uraian diatas, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Persyaratan untuk menjadi materi genetik adalah menyimpan informasi,
replikasi, variasi, dan mengekpresikan informasi
2. Dari struktur DNA terbukti DNA adalah materi genetik karena menyimpan
informasi, replikasi, variasi, dan mengekspresikan informasi
3. Pembuktian DNA sebagai materi genetik diperoleh dari percobaan Griffith,
percobaan Oswald Avery, Colin Mcleod dan Mccarty (DNA sebagai materi
genetik Bakteri), dan percobaan Hersey dan Chase (DNA sebagai materi
genetik Virus).
3.2 Saran
Saran yang dapat diberikan adalah makalah ini masih memiliki kekurangan dan
perlu ditambah dengan materi dan jurnal-jurnal nasional maupun internasional.
DAFTAR PUSTAKA
Brown, T. 2002. Genomes 2nd ed. Wiley-Liss. Oxford
Goodenough. 1988. Genetika Edisi ketiga Jilid 1. Erlangga. Jakarta.
Henuhili,
V.
2000.
Genetika
Molekuler.
UNY.
Yogyakarta.
http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pendidikan/Ir.%20Victoria%20Hen
uhili,%20%20M.Si./Genetika%20Molekular_diktat%20kuliah.pdf
Johnson, G dan Raven. 2002. Biology 6th edition. McGraw-Hill Publishing
Company, Dubuque, Iowa.
Lewin, B. 2004. Genes. Pearson Prentice Hall. Pearson Education, Inc.
Suryanto. 2003. Melihat Keanekaragaman Organisme Mealui Beberapa Teknik
Genetika Molekuler . USU. Medan.
Sutarno.
2012.
Kimia
dari
Gen.
UNS.
Semarang
http://sutarno.staff.uns.ac.id/files/2012/10/Genetika-5-kimia-materigenetik.pdf
Wahyudi, Ivan Arie. 2011. Biologi Molekuler-Prinsip Dasar Analisis. Erlangga.
Jakarta
Yuwono, T. 2005. Biologi Molekuler . Erlangga. Jakarta.
MATA KULIAH GENETIKA MOLEKULER
PEMBUKTIAN DNA SEBAGAI MATERI GENETIK
Disusun oleh :
Nama
:
Sarifatul Maulidia Yz
BP
:
1410421015
DOSEN PENGAMPU : Dr. Dewi Imelda Roesma, M.Si
JURUSAN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG, 2017
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Para ahli pada tahun 1930-an telah melakukan studi dan mempelajari susunan kimia
gen melalui pendekatan biofisik dan biokimia. Hal ini yang kemudian berkembang
melahirkan cabang ilmu baru yang disebut Biologi Molekular (Henuhili, 2000)
Biologi molekuler merupakan ilmu pengetahuan merupakan multi disiplin ilmu dari
biokimia, biologisel, dan genetika yang mempelajari aktivitas biologi pada level
molekular, termasuk interaksi antara perbedaan tipe DNA, RNA, protein, dan
biosintesisnya (Wahyudi, 2011).
Istilah biologi molekular pertama kali diperkenalkan oleh William Astbury
pada tahun 1945. Biologi molekular pada saat ini diartikan sebagai ilmu yang
mempelajari fungsi dan organisasi jasad hidup (organisme) ditinjau dari struktur dan
regulasi molekular unsur atau komponen penyusunnya.
Biologi molekular atau biologi molekul merupakan salah satu cabang biologi
yang merujuk kepada pengkajian mengenai kehidupan pada skala molekul. Hal ini
menyangkut tentang interaksi molekul dalam benda hidup dan kesannya, terutama
tentang interaksi berbagai sistem dalam sel, termasuk interaksi DNA, RNA, dan
sintesis protein, dan bagaimana interaksi tersebut diatur. Bidang ini juga berhubungan
dengan bidang biologi (dan kimia) lainnya, terutama genetika dan biokimia.
Perkembangan ilmu dan pengetahuan dalam biologi molekuler, khususnya
pada pengkajian karakter bahan genetik telah menghasilkan kemajuan yang sangat
pesat bagi perkembangan penelaahan suatu organisme dan pemanfaatannya bagi
kesejahteraan manusia (Suryanto, 2003). Keterkaitan antara Genetika dan Biologi
Molekular ini memunculkan istilah Genetika Molekular, yaitu ilmu yang
mempelajari tentang seluk beluk gen (Henuhili, 2000). Area penting dalam genetika
molekuler adalah penggunaan informasi molekuler untuk menentukan pola
penurunan atau hereditas, dan juga dalam pengklassifikasian (molecular
systematics) melalui penggunaan metode-metode genetika dan biologi molekuler
(Sutarno, 2012)
Para ahli menyadari bahwa pola dari hereditas bisa dijelaskan dari segregasi
yang dicapai kromosom pada meiosis. Hal ini bisa menjawab pertanyaan yang
muncul dari ahli biologi selama lebih dari 50 tahun (Johnson, G dan Raven, 2002)
Berdasarkan uraian di atas, maka makalah ini disusun untuk memahami pembuktian
DNA sebagai materi genetik
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari penyusunan makalah ini adalah
1. Apa yang dimaksud dengan materi genetik dan apa persyaratan yang harus
dipenuhi material genetik?
2. Bagaimana struktur DNA dan menghubungkan DNA dengan persyaratan
genetiknya?
3. Bagaimana pembuktian DNA sebagai materi genetik?
1.3 Tujuan
Tujuan dari makalah ini adalah untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan
materi pembawa genetik dan syarat yang harus dipenuhi material genetik, struktur
DNA dan menghubungkan DNA dengan persyaratan genetiknya, dan pembuktian
DNA sebagai materi pembawa genetik.
II. PEMBAHASAN
2.1 Materi Genetik
Menurut Goodenough (1988), persyaratan tertentu harus dipenuhi molekul
manapun, bila molekul itu akan memenuhi syarat
sebagai substansi yang
meneruskan informasi genetik. Persyaratan tersebut adalah
1. Material genetik harus mengandung informasi biologis
2. Material genetik harus diperbanyak dan dipindahkan ke sel atau dari
generasi ke generasi
3. Material genetik harus dapat mengekspresi sendiri sehingga akan dihasilkan
dan dipertahankan molekul biologis yang lain dan akhirnya adalah sel dan
organisme.
4. Material genetik harus mampu bervariasi
2.2 Struktur DNA dan Menghubungkan Struktur DNA dengan Persyaratan
Genetiknya
2.2.1 Struktur DNA
Pada tahun 1953 Watson dan Crick mengemukakan model fisis dan kemis
struktur DNA yang didasarkan pada 3 data sbb.:
a. Molekul DNA tersusun atas tiga komponen utama yakni, basa nitrogen,
gula ribosa, dan fosfat yang terangkaidalam suatu rantai polinukleotida. Sebuah
nukleotida selalu memiliki ujung 3’ – OH dan 5’P, sehingga dalam
“double helix” menurut model Watson-Crick terdapat satu buah pita dengan
arah 3’→ 5’, sedangkan pita pasangannya 5’→ 3’.
Watson dan Crick
berpendapat bahwa struktur DNA “double helix” hanya dapat stabil, apabila
basa adenin dari satu pita berpasangan dengan basa timin
dari
pita
pasangannya, dan basa sitosin berpasangan dengan basa guanin. Pasangan
adenin dan timin dihubungkan oleh 2 atom H, sedangkan basa sitosin dan
guanin dihubungkan dengan 3 atom H.
Gambar 1. Struktur Nukleotida
b. Dan percobaan Chargaff yang melakukan hidrolisis DNA diketahui bahwa
perbandingan basa purin dan pirimidin dari DNA sebesar 50% : 50%.
Lebih jauh lagi dikemukakan bahwa jumlah adenin sebanding dengan
timin, guanine sebanding dengan sitosin. Ekuivalensi ini kemudian dikenal
dengan hokum Chargaff. Secara sederhana hukum Chargaff yang berlaku
untuk berbagai jenisorganisme dinyatakan sbb.: rasio A/T=1, rasio G/S
=1, tetapi rasio (A+T)/(G+S) yang biasa dikenal dengan istilah persentase
GS (%GS) bervariasi antar organisme. Oleh karena persentase basa purin
= basa pirimidin, maka (A+G)/(S+T) =1.
Gambar 2. Aturan Chargaff
c. Dari percobaan Rosalind Franklin dan Maurice H.F. Wilkins yang melakukan
teknik penyinaran sinar-X dari bahan serat DNA diketahui bahwa difraksi
molekul merupakan fungsi bobot dan susunan jarak molekul. Dari percobaan
ini diketahui bahwa DNA memiliki strukturdouble-helix (pita ganda berpilin)
dengan dua tipe pilinan berulang masing-masing berukuran 0,34 nm dan 34
nm. (1 nm = 10-9 m =10 Angstrom). Menurut Yuwono (2005) DNA terdiri atas
tipe A, B, dan Z. Molekul DNA tipe B mempunyai lekukan besar dan lekukan
kecil. Dibandingkan dengan tipe A, lekukan besar pada tipe B lebih mudah
mengikat protein tertentu karena lekukan besar pada tipe A lebih dalam.
Bentuk A lebih menyerupai konfromasi bagian untai-ganda molekul RNA
(misalnya pada tRNA). Molekul hibrid DNA-RNA juga cenderung
mempunyai bentuk tipe A. DNA tipe Z adalah satu-satunya DNA yang
untaiannya mempunyai orientasi putar-kiri (left-handed). Molekul DNA tipe
semacam ini mempunyai kerangka gula-fosfat yang berbentuk zigzag sehingga
disebut Z. DNA Z hanya mempunyai satu lekukan yang mempunyai kepekatan
muatan negatif lebih besar dibandingkan dengan yang ada pada lekukanlekukan DNA tipe B.
(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)
Gambar 3. Tipe Double Helix DNA (a) B-DNA (b) A-DNA (c) Z-DNA
Tabel 1. Perbedaan Tipe Double Helix DNA (sumber:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21134/table/A5274/?report=objectonly)
Nukleotida terdiri dari:
a. Satu molekul gula (dalam hal ini adalah "deoksiribosa") mengandung 5 karbon.
Gambar 4. Gula Pentosa
b. Satu molekul fosfat
Gambar 5. Fosfat
c. Satu molekul basa nitrogen. Basa nitrogen tersebut berikatan dengan carbon
pertama dari gula deoksiribosa, sedangkan fosfat berikatan dengan Carbon
kelima dari gula yang sama. Basa nitrogen yang menyusun nukleotida
dikelompokan menjadi 2 yaitu:
¾ Purine, yaitu basa nitrogen yang strukturnya
Termasuk diantaranya adalah :
uanine dan
berupa dua cincin .
uanine.
¾ Primidin, yaitu basa nitrogen yang strukturnya berupa satu cincin .
Termasuk diantaranya adalah : citosin dan timin.
Gambar 6. Basa Nitrogen
2.2.2 Menghubungkan Struktur DNA dengan Persyaratan Genetiknya
Material genetik harus mengemban informasi – ini adalah persyaratan pertama
materi genetik. Dari struktur DNA, terlihatlah bahwa urutan basa sepanjang suatu
rantai polinukleotida dapat mengandung informasi genetik.
Replikasi DNA. Suatu material genetik harus mampu menggandakan
dirinya sendiri secara sempuma sehingga setiap sel anak memiliki materi yang
identik dengan materi genetik tetuanya, termasuk didalamnya kemampuan untuk
mengalami mutasi karena di dalam pertumbuhan dan perkembangan suatu
organisme hal ini sering terjadi. Watson dan Crick dalam papernya telah
menjelaskan akan kemampuan ini yang dimiliki oleh DNA, dimana proses ini
berlangsung secara luar biasa akurat. Didalam papemyakedua ahli tersebut
menunjukkan bahwa kesalahan yang terjadi didalam suatu proses replikasi
DNA hanya sebesar satu per satu milliar.
Ekspresi DNA. Urutan nukleotida dalam molekul DNA mungkin
diterjemahkan ke dalam urutan asam amino di dalam polipeptida. Variasi DNA
Urutan nukleotida di dalam genome menentukan urutari asam amino di tingkat
polipeptida melalui proses transkripsi dan translasi. Apabila terjadi perubahan
urutan nukleotida di dalam satu titik tertentu, maka terjadi pula perubahan urutan
asam amino.perubahan pada urutan nukelotida ini disebut dengan mutasi. Mutasi
ini bisa dikarenakan oleh banyak penyebab, atara lain: sinar gamma, sinar ultra
violet, serta zat kimia tertentu (Goodenough, 1988)
2.3 Pembuktian DNA sebagai Materi Genetik
Kromosom terdapat di dalam gen. Komponen kimiawi kromosom, DNA dan
protein, perlu pembuktian yang mana yang merupakan materi genetik. Seorang ahli
kesehatan dari Inggris, Frederick Griffith, mempelajari penyebab penyakit
pneumonia pada mamalia, yaitu bakteri Streptococcus pneumoniae. Ia mempunyai
2 strain bakteri, yaitu yang dapat menyebabkan penyakit dan lainnya tidak. Bakteri
penyebab penyakit mempunyai ciri spesifik, yaitu adanya kapsul yang
menyelubungi seluruh sel. Selubung kapsul menyebabkan permukaan bakteri
tersebut halus (smooth), bakteri yang memiliki selubung ini disebut juga bakteri
tipe S (singkatan dari smooth). Bakteri yang tidak berbahaya, mempunyai
permukaan sel yang kasar, karena tidak diselubungi oleh kapsul. Bakteri ini disebut
bakteri tipe R (singkatan dari rough).
Percobaan Griffith memberikan penjelasan awal tentang adanya sesuatu
yang dapat berpindah dan menyebabkan terjadinya perubahan pada sel tersebut.
Empat perlakuan yang dilakukan Griffith adalah sebagai berikut :
1. Tikus yang disuntik dengan kultur bakteri tipe S mati
2. Tikus lain yang disuntik dengan bakteri tipe R nonvirulen tidak mati
3. Bakteri tipe S dimatikan dengan pemanasan 60oC selama 3 jam, kemudian
disuntikkan pada tikus, ternyata tikus tersebut tetap sehat. Kesimpulan dari
percobaan ini adalah bakteri virulen S akan menyebabkan penyakit pada
tikus, apabila dalam keadaan hidup.
4. Griffith mencampur bakteri tipe S yang telah mati karena pemanasan dengan
bakteri tipe R, kemudian disuntikan pada tikus. Tikus percobaan sakit, dan
dari hasil otopsi, ditemui banyak bakteri tipe S pada tikus tersebut. Ada
substansi yang berasal dari bakteri tipe S yang sudah mati, mengubah sel
bakteri tipe R menjadi bentuk bakteri virulen (tipe S). Sifat patogenitas yang
dimiliki bakteri tipe R ini ternyata diwariskan ke semua keturunannya.
Pada percobaan ini Griffith belum mengetahui substansi yang menyebabkan
perubahan yang diwariskan. Fenomena ini disebut transformasi, yaitu perubahan
genotip dan fenotip yang disebabkan oleh asimilasi DNA eksternal
Gambar 7. Percobaan Griffith
Percobaan Griffith dilanjutkan oleh Oswald Avery, Colin MacLeod dan
McCarty, 14 tahun kemudian. Bersama-sama teman-temannya dia menggunakan
kultur bakteri tipe S yang telah mati karena pemanasan. Mereka memecah sel
bakteri dengan detergen dan menggunakan sentrifus memisahkan komponen sel
(ekstrak sel) dengan penyusun sel lainnya. Ekstrak sel bakteri tersebut kemudian
diinkubasi bersama kultur bakteri R yang hidup, kemudian ditumbuhkan pada
media kultur di petridish. Adanya pertumbuhan bakteri S pada media kultur
menunjukkan bahwa ekstrak mengandung prinsip transformasi, yaitu materi
genetik dari bakteri S mengubah bakteri R menjadi bakteri S. Avery dkk menduga
bahwa satu diantara komponen makromolekul yang terdapat di dalam ekstrak-polisakarida, protein, RNA, dan DNA -- adalah penyebab transformasi.
Untuk menentukan penyebabnya, komponen penyusun sel dirusak satu per
satu dengan menggunakan enzim yang spesifik untuk substansi tersebut. Contoh :
untuk merusak protein menggunakan enzim protease, untuk merusak RNA
menggunakan enzim ribonuklease. Hasil percobaan ini
membuktikan bahwa
degradasi komponen–komponen penyusun sel tidak menghalangi berlangsungnya
prinsip transformasi, kecuali ketika molekul DNA dirusak dengan menggunakan
enzim deoksiribonuklease.
Gambar 8. Percobaan Oswald Avery, Colin MacLeod
Percobaan ini dimana terjadi transformasi pada bakteri membuktikan bahwa
DNA merupakan materi genetik. Dalam hal ini ditemukan bahwa DNA merupakan
materi genetik pada bakteri (Lewin, 2004).
Bukti lain bahwa DNA merupakan materi genetik dibuktikan dari
bakteriofag. Komponen virus terdiri dari DNA (atau RNA pada virus tertentu) dan
protein yang menyelubunginya. Untuk memperbanyak diri, virus harus
menginfeksi sel dan mengambil alih perangkat metabolisme sel tersebut.
Bakteriofag artinya pemakan bakteri. Materi genetik dari bakteriofag yang dikenal
sebagai T2 itu adalah DNA. Alfred Hershey dan Martha Chase menyebutkan T2
merupakan salah satu dari faga yang menginfeksi bakteri Escherichia coli (E. coli)
yang hidup di usus mamalia. Seperti virus lainnya T2, terdiri dari DNA dan protein.
Melalui E.coli, T2 bisa memperbanyak diri, sehingga disebutkan bahwa E.coli
sebagai pabrik penghasil T2 yang dilepas ketika sel itu pecah. T2 dapat
memprogram sel inang (E.coli) untuk memproduksi virus, tetapi belum diketahui
bagian mana dari virus tersebut yang berperan program tersebut, protein atau DNA.
Hershey dan Chase melakukan percobaan untuk membuktikan bagian mana
dari dua komponen penyusun T2 yang masuk ke dalam sel bakteri. Dalam
percobaan ini mereka menggunakan isotop radio aktif yang berbeda untuk
menandai DNA dan protein. Pertama kali, T2 ditumbuhkan dengan E.coli dalam
sulfur radio aktif (35S). Karena protein mengandung sulfur, atom-atom radio aktif
ini hanya masuk ke dalam protein faga tersebut. Dengan cara yang serupa, kultur
T2 yang berbeda ditumbuhkan dalam fosfor radio aktif (32P).
Karena DNA mengandung fosfor, bukan protein, maka fosfor radio aktif
akan melekat pada DNA. Kedua macam kultur mengandung T2 yang sudah
berlabel radio aktif tersebut kemudian dibiakkan secara terpisah bersama kultur E.
Coli yang non radio aktif. Setelah terjadi infeksi, kultur diblender untuk melepaskan
bagian faga yang terdapat di luar sel bakteri. Hasil blender kemudian diputar dengan
sentrifus, sehingga ada bagian sel yang membentuk pelet di dasar tabung sentrifus.
Bagian lainnya yang lebih ringan berada di dalam cairan (supernatan).
Dari hasil pengamatan radioaktivitas di dalam pelet dan supernatan, dapat
dibuktikan bahwa bakteri yang terinfeksi faga T2 yang berlabel radioaktif pada
proteinnya, sebagian radioaktifnya ditemukan di dalam supernatan yang
mengandung partikel-partikel virus. Hasil ini membuktikan bahwa protein faga
tidak memasuki sel inang. Pada bakteri yang terinfeksi faga T2 yang DNA-nya
ditandai dengan fosfor radioaktif, hasil peletnya yang merupakan materi bakteri,
sebagian besar mengandung unsur radioaktif tersebut. Ketika bakteri tersebut
dikembalikan ke dalam kultur, infeksi terus berjalan, dan melepaskan faga-faga
yang mengandung fosfor radioaktif.
Hershey dan Chase menyimpulkan bahwa DNA virus masuk ke dalam sel
inang, sementara sebagian besar protein tetap berada di luar. Masuknya molekul
DNA ini menyebabkan sel-sel memproduksi DNA dan protein virus baru. Peristiwa
ini membuktikan bahwa asam nukleat merupakan materi genetik.
Gambar 9. Percobaan Hershey dan Chase
Pada umumnya organisme memiliki DNA sebagai materi genetiknya, tetapi
sebagian virus yang menginfeksi bakteri memiliki RNA sebagai pembawa
informasi genetik. TMV (Tobacco Mosaic Virus) adalah virus penyebab penyakit
pada tanaman tembakau yang memiliki RNA, bukan DNA, sebagai materi
genetiknya.
A Gierer dan G. Schramm pada tahun 1956 melakukan percobaan
menginokulasi RNA murni dari TMV pada tanaman tembakau. Percobaan ini
dilanjutkan oleh H. Fraenkel-Conrat dan B. Singer pada tahun 1957. Mereka
memisahkan RNA dan protein dari strain TMV yang berbeda. RNA dan protein
tersebut kemudian di rekonstruksi dengan pasangan yang RNA dan protein dari
strain yang berlainan. Kedua hasil hibrida virus ini kemudian diinfeksikan pada
daun tanaman tembakau. Isolasi virus dari daun yang terinfeksi menunjukkan
bahwa gejala penyakit yang disebabkan hibrida virus tersebut sangat spesifik
dengan RNA dari strain TMVnya, bukan proteinnya. Dari percobaan ini dapat
ditarik kesimpulan bahwa pada TMV, RNA adalah materi genetik.
Gambar 10. Percobaan H. Fraenkel-Conrat dan B. Singer
III. PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Berdasarkan uraian diatas, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Persyaratan untuk menjadi materi genetik adalah menyimpan informasi,
replikasi, variasi, dan mengekpresikan informasi
2. Dari struktur DNA terbukti DNA adalah materi genetik karena menyimpan
informasi, replikasi, variasi, dan mengekspresikan informasi
3. Pembuktian DNA sebagai materi genetik diperoleh dari percobaan Griffith,
percobaan Oswald Avery, Colin Mcleod dan Mccarty (DNA sebagai materi
genetik Bakteri), dan percobaan Hersey dan Chase (DNA sebagai materi
genetik Virus).
3.2 Saran
Saran yang dapat diberikan adalah makalah ini masih memiliki kekurangan dan
perlu ditambah dengan materi dan jurnal-jurnal nasional maupun internasional.
DAFTAR PUSTAKA
Brown, T. 2002. Genomes 2nd ed. Wiley-Liss. Oxford
Goodenough. 1988. Genetika Edisi ketiga Jilid 1. Erlangga. Jakarta.
Henuhili,
V.
2000.
Genetika
Molekuler.
UNY.
Yogyakarta.
http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pendidikan/Ir.%20Victoria%20Hen
uhili,%20%20M.Si./Genetika%20Molekular_diktat%20kuliah.pdf
Johnson, G dan Raven. 2002. Biology 6th edition. McGraw-Hill Publishing
Company, Dubuque, Iowa.
Lewin, B. 2004. Genes. Pearson Prentice Hall. Pearson Education, Inc.
Suryanto. 2003. Melihat Keanekaragaman Organisme Mealui Beberapa Teknik
Genetika Molekuler . USU. Medan.
Sutarno.
2012.
Kimia
dari
Gen.
UNS.
Semarang
http://sutarno.staff.uns.ac.id/files/2012/10/Genetika-5-kimia-materigenetik.pdf
Wahyudi, Ivan Arie. 2011. Biologi Molekuler-Prinsip Dasar Analisis. Erlangga.
Jakarta
Yuwono, T. 2005. Biologi Molekuler . Erlangga. Jakarta.