Dna Sebagai Materi Genetika Rezki

DNA SEBAGAI MATERI GENETIKA

Bahan genetik yang ada pada setiap jasad akan mengalami proses perbanyakan

sebagai salah satu tahapan sangat penting dalam proses pertumbuhan sel atau perbanyakan

partikel virus. Proses perbanyakan bahan genetik dikenal sebagai proses replikasi. Studi

awal mengenai proses perbanyakan bahan genetik dilakukan pada jasad yang genomnya

berupa molekul DNA. Meskipun demikian, perlu diingat bahwa pada jasad tertentu,

khususnya kelompok virus rertenru,genomnya berupa molekul RNA. Genom yang berupa

molekul RNA ini juga akan direplikasi meskipun dengan melalui tahapan yang sedikit

berbeda dibanding dengan replikasi genom yang berupa molekul DNA.

Replikasi bahan genetik dapat dikatakan sebagai proses yang mengawali

pertumbuhan sel, meskipun sebenarnya pertumbuhan merupakan suatu resultan banyak

proses yang saling berkaitan satu sama rain. Sel mempunyai mekanisme replikasi bahan

genetik yang direngkapi dengan sistem penyuntingan (editing) yang sangat akurat sehingga

bahan genetik yang diturunkan kepada sel anakan (progeny) mempunyai komposisi yang

sangat identik dengan komposisi bahan genetik sel induk. Replikasi bahan generik diikuti

oleh pembentukan sel-sel anakan yang membawa duplikat bahan genetik hasil replikasi.

Oleh karena itu, kesalahan dalam proses replikasi bahan genetik dapat mengakibatkan

perubahan pada sifat sifat sel anakan.

Mekanisme replikasi bahan genetik sangat kompleks dan melibatkan banyak

protein yang masing-masing mempunyai peranan spesifik. protein-protein yang terlibat di

dalam proses reprikasi bahan genetik dikode oleh gen-gen yang terdapat di dalam bahan

genetik itu sendiri. oleh karena itu, ada kaitan fungsional yang sangat erat dan tidak

terpisahkan antara proses replikasi bahan genetik dengan proses ekspresi genetik dan

metabolisme sel secara keseluruhan. Hambatan yang teriadi pada proses metabolisme,

misalnya penghambatan produksi energi. dapat pula memengaruhi proses reprikasi karena

reprikasi juga memerlukan pasokan energy.

Secara umum, replikasi bahan genetik merupakan proses pengkopian rangkaian

molekul bahan genetik (DNA atau RNA) sehingga dihasilkan molekul anakan yang sangat

identik. Meskipun konsep dasar replikasi antara struktur bahan genetik yang satu dengan

lainnya adalah serupa, namun diketahui ada banyak perbedaan dalam hal mekanisme

rincinya. Sebagai contoh, bahan genetik yang berupa molekul RNA mempunyai

mekanisme replikasi rinci yang berbeda dengan replikasi molekul DNA. Pada kelompok

virus, misalnya, replikasi bahan genetiknya terjadi di dalam sel inang yang sebenarnya

merupakan jasad hidup yang lain dari jasad virus itu sendiri. Hal ini dapat terjadi karena

virus merupakan jasad parasit obligat. Di lain pihak, replikasi DNA pada prokaryot dan

eukaryot terjadi dalam sel jasad hidup yang bersangkutan. Selain itu perbedaan struktural

molekul bahan genetik misalnya antara DNA lingkar (circular DNA) dengan DNA linear

juga berimplikasi pada perbedaan mekanisme replikasi.

Alam memperlihatkan mekanisme hayati untuk mempertahankan ciri khas mahluk

hidup dari satu generasi ke generasi berikutnya. Mekanisme ini terjadi ada semua tingkat

mahluk hidup. Dari yang paling rendah sampai paling komplek sekalipun. Ciri atau sifat

khas mahluk hidup tampak dari ciri morfologis, ciri anatomi maupun ciri tingkah laku yang

dapat diamati dan diukur.

            Gregory Mendel (1822-1884) adalah orang pertama mengamati pewarisan sifat

ini. Dari hasil percobaan tahun (1866). Mendel menarik kesimpulan bahwa sifat-sifat

karakteristik dari kedua induk dapat diwariskan ke generasi berikutnya melalui segregasi.

Selanjutnya, August Weisman pada tahun 1892, mengemukakan bahwa sifat yang

diwariskan tersebut dilakukan oleh senyawa yang berasal dalam inti sel. Senyawa tersebut

dalam penelitian lanjutan disebut kromosom. Tahun 1869 seorang ahli ilmu kimia

berkebangsaan Jerman bernama Friedrich Miescher menyelidiki susunan kimia dari

nucleus sel. Ia mengetahui bahwa nukleus sel tidak terdiri dari karbohidrat, protein maupun

lemak, melainkan terdiri dari zat yang mempunyai pengandungan fosfor sangat tinggi.

Oleh karena zat itu terdapat di dalam nukleus sel, maka zat itu disebutnya nuklein.

Nama ini kemudian dirubah menjadi asam nukleat, karena asam ikut menyusunnya. Walter

Sutton, tahun 1903, mengemukakan bahwa kromosom merupakan benda-benda sel yang

mengandung unit-unit pewarisan. Unit tersebut oleh Wilhem Johannsen disebut gen

(1909). Dan pada tahun 1926, Herman Muller membuktikan bahwa sinar-X memicu

perubahan genetik lalat buah.

                Penemuan DNA (Deoxyribonucleic acid) sebagai materi genetik pada awalnya

menimbulkan pro dan kontra. Pengetahuan tentang kromosom yang tersusun dari protein

dan asam nukleat, mulanya lebih condong menganggap bahwa protein sebagai materi

genetik. Hal ini berkaitan dengan peranan protein yang sangat dinamis dalam kehidupan

sel. Anggapan protein sebagai materi genetik terus dianut hingga tahun 1950-an.

Sementara asam nukleat karena dianggap terlalu kecil dan strukturnya terlalu sederhana,

hanya sedikit sekali mendapat perhatian sebagai materi genetik.

            Percobaan Griffith dalam tahun 1928. la menemukan bahwa bakteri Diplococcus

pneumoniae (biasa disebut Pneumococcus), bila dipelihara di laboratorium, maka

berdasarkan bentuk koloninya dapat dibedakan dua bentuk, yaitu bentuk kasar (K) dan

bentuk halus (H). Kedua bentuk bakteri ini biasanya tumbuh murni, artinya tidak bercampur.

Griffith dapat menunjukkan bahwa apabila koloni bentuk H dibunuh karena direbus dan

sisanya dicampur dengan bakteri bentuk K yang hidup, maka beberapa dari bakteri bentuk

K ini ditransformasi (dirubah) ke bakteri bentuk H. Bakteri bentuk H ini kemudian tumbuh

murni seperti halnya dengan sisa bakteri K yang tidak mengalami transformasi.

Jadi secara singkat:

                H mati + K hidup   H hidup + K hidup

Ini berarti bahwa suatu substansi yang terdapat di dalam bakteri H yang mati telah

dipindahkan ke bakteri K dan merupakan sifat genetik dari bakteri K.

                Pada pertengahan tahun 1940-an arah penelitian tentang bahan genetis mulai

beralih dari protein ke DNA, salah satu jenis asam nukleat mahluk hidup. Tahun 1944,

Oswalt Avery, Colin Mac Leod dan Maclyn McCarty dengan menggunakan ekstrak DNA

berhasil menunjukkan bahwa DNA merupakan senyawa yang bertanggung jawab dalam

proses transformasi bakteri strain R (rough) yang kurang virulen dan kasar menjadi strain

S (smooth) yang sangat virulen dan halus.

                Penelitian yang menunjukkan bahwa DNA merupakan bahan informasi genetik

dan bukan protein, dilakukan oleh Alfred Hershey dan Martha Chase ada tahun 1952.

Percobaan pembuktian DNA sebagai bahan informasi genetik dilakukan melalui pelabelan

DNA dengan 32P dan protein dengan 35S asal virus bakteriofag T2. Hasil analisis bakteri

yang terinfeksi dalam sel bakteri kemudian mengendalikan metabolisme sel bakteri guna

kepentingan bakteriofag, biosintesis DNA, dan protein bakteriofag. Sebaliknya sedikit

sekali yang mengandung 35S (protein bakteriofag induk).

                Pada tahun 1953, James D. Watson, ahli Biokimia Amerika Serikat dan Francis

Crick, ahli biofisika Inggris, mampu mengidentifikasi rantai asam deoksiribonukleat di

dalam kromosom inti sel, tempat rantai DNA bernaung. Struktur yang ditemukan adalah

rantai ganda antiparalel, yang terbukti membawa ribuan gen yang menentukan sifat-sifat

mahluk hidup. Sekarang tidak terbantahkan lagi bahwa DNA merupakan materi genetik.

Penelitian Fred Griffith

Perubahan bentuk dinding sel Streptococcus pneumonia

Penelitian Fred Griffith.

Dua galur:

Smooth (S) – Virulent (gel coat)

Rough (R) – Kurang Virulen

-Tikus disuntik dengan galur R and galur S yang dimatikan melalui pemanasan

-Tikus mati dan ditemukan hanya mengandung bakteri galur S

Penelitian Avery, MacLeod, dan McCarty

Penelitian Alfred Hershey dan Martha Chase

PenelitianWatson dan Crick

-Dengan dukungan data difraksi sinar-X dari Rosalind Franklin dan Maurice Wilkins

-Dengan dukungan data analisis kimia basa nitrogen dari Erwin Chargaff

-Memformulasikan struktur DNA

-Mengelompokkan basa DNA menjadi purin dan pirimidin

-Memformulasikan model replikasi DNA

RAPLIKASI DNA

DNA sebagai materi genetik pada sebagian besar organisme harus dapat

menjalankan tiga macam fungsi pokok berikut ini:

1. DNA harus mampu menyimpan informasi genetik dan dengan tepat dapat

meneruskan informasi tersebut dari tetua kepada keturunannya, dari generasi ke

generasi. Fungsi ini merupakan fungsi genotipik, yang dilaksanakan melalui

replikasi.

2. DNA harus mengatur perkembangan fenotipe organisme. Artinya, materi genetik

harus mengarahkan pertumbuhan dan diferensiasi organisme mulai dari zigot

hingga individu dewasa. Fungsi ini merupakan fungsi fenotipik, yang dilaksanakan

melalui ekspresi gen.

3. DNA sewaktu-waktu harus dapat mengalami perubahan sehingga organisme yang

bersangkutan akan mampu beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang berubah.

1.1 Komponen-komponen Penting dalam Replikasi

Replikasi bahan genetik ditentukan oleh beberapa komponen utama yaitu:

1. DNA cetakan, yaitu molekul DNA atau RNA yang akan direplikasi.

2. Molekul deoksiribonukleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP, dan dGTP.

Deoksiribonukleotida terdiri atas tiga komponen yaitu basa purin atau pirimidin,

gula 5-karbon(deoksiribosa) dan gugus fosfat.

3. Enzim DNA polimerase, yaitu enzim utama yang mengkatalisis proses

polimerisasinukleotida menjadi untaian DNA.Enzim DNA polimerase memiliki

fungsi lain, yaitu mengoreksi DNA yang baru terbentuk, membetulkan setiap

kesalahan replikasi, dan memperbaiki DNA yang rusak. Adanyafungsi tersebut

menjadikan rangkaian nukleotida DNA sangat stabil dan mutasi jarang terjadi

4. Enzim primase, yaitu enzim yang mengkatalisis sintesis primer untuk memulai

replikasi DNA.

5. Enzim pembuka ikatan untaian induk, yaitu enzim helikase dan enzim girase

6. Molekul protein yang menstabilkan untaian DNA yang sudah terbuka, yaitu

protein SSB (single strand binding protein).

7. Enzim DNA ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk menyambung

fragmen-fragmen DNA

1.2 Mekanisme Dasar Replikasi DNA

Model replikasi DNA secara semikonservatif menunjukkan bahwa DNA anakan

terdiri atas pasangan untaian DNA induk dan untaian DNA hasil sintesis baru. Model

ini memberikan gambaran bahwa untaian DNA induk berperanan sebagai cetakan

(template) bagi pembentukan untaian DNA baru. Seperti diketahui, molekul DNA

untai-ganda terdiri atas dua untai molekur DNA yang berpasangan secara

komplementer yaitu antara basa nukleotida A dengan T, dan antara C dengan G. Oleh

karena itu, proses replikasi DNA harus diawali dengan pemutusan (denaturasi) ikatan

antara untaian DNA yang satu dengan untaian komplementernya. Hal ini dimaksudkan

agar masing-masing untaian DNA tersebut dapat bertindak sebagai cetakan, sebab

proses pemasangan nukleotida-nukleotida baru dengan cetakannya akan terhalangi jika

kedua untai itu masih berada dalam keadaan berikatan. Dengan demikian, salah satu

bagian yang santat penting dalam proses replikasi DNA adalah denaturasi antara

untaian DNA yang satu dengan untaian komplementernya.

Denaturasi yang terjadi pada saat awal replikasi DNA adalah proses enzimatis.

Oleh karena molekul DNA adalah biomolekul yang sangat vital bagi jasad, maka

denaturasi DNA terjadi secara parsial dan bertahap. Denaturasi awal terjadi pada

bagian DNA yang dikenal sebagai ori (origin of replicotion) atau titik awal replikasi.

lkatan hidrogen antara A-T dan C-G akan terputus dan diikuti dengan pembukaan

untaian DNA. Untaian DNA membuka membentuk struktur yang disebut sebagai garpu

replikasi (replicotion fork). Garpu replikasi akan bergerak sehingga molekul DNA

induk membuka secara bertahap. Masing-masing untaian DNA induk yang sudah

terpisah satu sama lain berfungsi sebagai cetakan untuk penempelan nukleotida-

nukleotida yang akan menyusun molekul DNA baru. Nukleotida-nukleotida baru akan

dipolimerisasi menjadi untaian DNA baru dengan urutan sesuai dengan urutan cetakan

DNA komplemennya. Basa nukleotida A dipasangkan dengan basa T yang ada pada

cetakannya, sedangkan basa C dipasangkan dengan basa G. Oleh karena itu, untaian

DNA baru yang terbentuk merupakan komplemen untaian DNA induk. Proses

polimerisasi nukleotida terjadi pada kedua untaian DNA cetakan sehingga pada akhir

satu kali putaran replikasi akan dihasilkan dua molekur DNA baru yang identik.

Masing-masing molekul DNA untai-ganda yang terbentuk terdiri atas untai DNA induk

dan untai DNA baru hasil polimerisasi selama proses replikasi. Dalam putaran replikasi

berikutnya akan terjadi proses yang serupa sehingga DNA anakan menjadi DNA induk

untuk replikasi berikutnya.

1.3 Tahapan Replikasi

Replikasi DNA berlangsung dalam beberapa tahap yaitu: (1) denaturasi

(pemisahan) untaian DNA induk, (2) peng-“awal”-an (initiation, inisiasi) sintesis DNA,

(3) pemanjanan untaian DNA, (4) ligasi fragmen-fragmen DNA, dan (5) peng-“akhir”-

an (termination, terminasi) sintesi DNA. Sintesis untaia DNA yang baru akan dimulai

segera setelah kedua untaian DNA induk terpisah membentuk garpu replikasi. Proses

replikasi dalam molekul DNA dimulai pada suatu titik yang disebut dengan Origin of

Replication (Ori). Pada titik ini, DNA akan membentuk seperti gelembung kecil,

dimana ikatan hidrogen antara basa-basa terputus dan pasangan basanya terpisah.

Heliks mulai membuka uliran, kedua untaian DNA yang baru disintesis dengan arah

geometris yang berlawanan.

Tahapan replikasi DNA pada sel eukariot adalah sebagai berikut:

1. Tahapan pertama (inisiasi) dalam proses replikasi DNA adalah proses permulan

sintesis untaian DNA yang sebelumnya didahului oleh sintesis molekul primer.

Proses inisiasi berlangsung dengan mekanisme yang berbeda antara suatu jasad

dengan jasad yang lain. Dalam proses repliasi DNA terjadi pemutusan ikatan

hidrogen antara basa-basa nitrogen dari dua untai yang antiparalel. Pemutusan

ikatan tersebut terjadi pada rantai yang kaya akan ikatan A-T. Hal tersebut

dikarenakan ikatan antara adenin dan timin yang hanya merupakan ikatan rangkap

dua, sedangkan pada ikatan antara sitosin dan guanin adalah ikatan rangkap tiga.

Helikase adalah enzim yang berfungsi untuk membuka untai ganda DNA. Titik

awal dimana terjadinya splitting disebut sebagai origin of replication. Struktur yang

dihasilkan disebut dengan Replication Fork.

2. Salah satu hal penting dalam tahapan replikasi DNA adalah pengikatan primase

RNA pada titik awal rantai induk 3’-5’. Primase RNA dapat menarik nukleotida

RNA yang berikatan dengan nukleotida DNA dari untai 3’-5’ dikarenakan ikatan

hidrogen antar basanya. Nukleotida RNA adalah primer (starter) untuk ikatan

nukleotida DNA.

3. Tahapan elongasi berbeda untuk cetakan 5’-3’ dan 3’-5’, yaitu:

Cetakan 5’-3’

Cetakan 5’-3’ disebut sebagai untaian DNA awal (leading strand) karena DNA

polimerase α dapat membaca cetakan dan secara kontinu menambah nukleotida

(komplemen dari cetakan nukleotida, sebagai contoh adenin berlawanan dengan

timin).

4. Cetakan 3’-5’

Gambar; Tahap pemutusan ikatan hydrogen pada basa – basa nitrogen

Gambar; Tahap pembentukan RNA primer

Cetakan 3’-5’ tidak dapat dibaca dengan DNA polimerase α. Replikasi dari

cetakan ini rumit dan DNA barunya disebut untaian DNA lambat (lagging

strand). Pada lagging strand RNA primase menambah lebih banyak RNA

primer. DNA polimerase α membaca cetakan. Pada untaian DNA lambat

polimerisasi dilkukan fregmen demi fregmen. Jarak antara dua RNA primer

disebut sebagai fragmen Okazaki.

RNA primer penting untuk DNA polimerase α berikatan dengan nukleotida

pada bagian ujung 3’. Untai baru dielongasi dengan mengikat lebih banyak

DNA nukleotida.

5. Pada lagging strand DNA Polimerase I - eksonuklease membaca fragmen dan

memindahkan RNA Primer. Jarak didekatkan dengan adanya pengaruh DNA

Gambar; Tahap pembentukan leading strand dan lagging strand

Gambar; Fragmen Okazaki

polymerase (menambahkan nukleotida komplementer pada jarak tersebut) dan

DNA ligase (menambahkan fosfat pada gap antara fosfat dan gula).

6. Langkah terakhir dari tahapan replikasi DNA adalah terminasi. Tahapan ini terjadi

ketika DNA polymerase mencapai titik akhir untai. Kita dapat dengan mudah

memahami bahwa pada akhir tahapan lagging strand, ketika RNA primer

dipindahkan tidak mungkin bagi DNA polymerase untuk mengisi kekosongan

tersebut (karena tidak ada primer). Sehingga, ujung dari untai induk dimana primer

terakhir tidak direplikasi. Ujung dari DNA linear terdiri dari DNA noncoding yang

berulang – ulang dan disebut telomere. Sebagai hasilnya, bagian dari telomere

dipindahkan pada tiap siklus replikasi DNA.

7. Replikasi DNA tidak sempurna sebelum terjadi mekanisme perbaikan terhadap

kesalahan-kesalahan yang mungkin terjadi selama replikasi. Enzim seperti nuklease

akan memindahkan nukleotida yang salah dan DNA polimerase akan mengisi

kekosongan (gap) tersebut.

Gambar; Tahap pembacaan fragmen oleh DNA polimerase I-eksonuklease

KESIMPULAN

1. DNA adalah bahan genetik yang memberi informasi genetik dari sel ke sel dan dari

satu generasi ke generasi berikutnya. Komponen dasar DNA terdiri dari Gula

pentosa, Fosfat, dan basa nitroten yang dibedakan atas keempat basa utama adenine

(A), Timin (T), Guanin (G), dan Sitosin (C). kodon merupakan unit dasar kode

genetik pada DNA adalah suatu triplet dari urutan basa.

2. Pembawa unsur-unsur pewarisan, yaitu gen, adalah kromosom yang berada dalam

inti sel. Gen-gen itu sendiri merupakan rangkaian asam deoksiribonukleat

(deoxyribonucleic acid, DNA) dengan panjang tertentu, yang merupakan

komponen kromosom. kodon merupakan unit dasar kode genetik pada DNA

adalah suatu triplet dari urutan basa.

Gambar; DNA hasil replikasi

DAFTAR PUSTAKA

1. Lehninger, A.L., (1982), “Dasar-Dasar Biokimia”, Jilid 3, Terj: Maggy Thenawidjaya, Penerbit Erlangga, Jakarta.

2. Roberts, J.A.F, (1985), “Pengantar Genetika Kedokteran”,  Terj. Hartono, EGC, Jakarta.

3. Suryo, (2001), “Genetika”, UGM-Press, Yogyakarta.4. Suryo, (2003), “Genetika Manusia”, UGM-Press, Yogyakarta.5. McGraw-Hill, “1985”, Dasar-Dasar Genetika”, Terj: Muchidin

Apandi, Penerbit Erlangga, Jakarta.6. CBS College Publishing, (1984), “Genetika”, Terj. Soenartono

Adisoemarnto, Penerbit Erlangga, Jakarta.7. Jorde, L.B., et al., (2003), “Medical Genetics”, Mosby, Elsevier

USA.8. Toha, A.H.A, 2001, “Deoxyribonucleat Acid”, Penerbit Alfabeta,

Bandung.

TUGAS BIOKIMIA II

DNA SEBAGAI MATERI GENETIK

DI SUSUN OLEH:

1. REZKI NOVICA SARI (06101410029)

DOSEN PENGASUH :

Drs.Made Sukaryawan, M.Si.

PROGRAM STUDY PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2012/2013