Makalah Marasmus

Genetika

Genetika

Istilah genetika barasal dari kata genos, yang berarti suku bangsa atau asal usul. Di dalam setiap sel organisme terdapat substansi genetik, misalnya pada sel tulang, sel darah, dan sel gamet. Substansi genetik terdapat dalam nukleus, yaitu pada kromosom yang mengandung gen. Gen merupakan substansi hereditas yang terdiri atas senyawa kimia tertentu, yang menentukan sifat individu. Gen mempunyai peranan penting dalam mengatur pertumbuhan sifat-sifat keturunan. Misalnya, pertumbuhan bentuk dan warna rambut, susunan darah, kulit, dan sebagainya. Gen juga memiliki peranan, antara lain untuk mengatur perkembangan dan proses metabolisme individu, menyampaikan informasi genetik dari generasi ke generasi berikutnya, serta sebagai zarah tersendiri dalam kromosom.

Seorang ahli genetika dari Amerika bernama Thomas Hunt Morgan mengemukakan bahwa faktor keturunan yang dinamakan gen tersimpan dalam setiap lokus yang khas dalam kromosom. Gen merupakan zarah (zat yang terkecil dan tidak dapat dibagi lagi) yang kompak yang mengandung satuan informasi genetika dan mengatur sifat-sifat menurun tertentu. Gen terletak pada kromosom secara teratur dalam satu deret secata linear dan lurus beraturan.

Sejak Morgan mengemukakan bahwa gen adalah faktor keturunan yang terdapat dalam kromosom, dan kromosom terdapat dalam nukleus sel, maka para ahli mulai melakukan penelitian tehadap isi nukleus sel Substansi dasar nukleus adalah protein yang khas dan terdapat dalam nukleus, disebut nukleo-protein atau protein nukleus sel. Nukleoprotein dibangun oleh senyawa protein dan asam nukleat. Ada beberapa macam asam, nukleat yang ada kaitannya dengan hereditas adalah DNA dan RNA. Keduanya bertanggung jawab terhadap sintesis protein serta mengontrol sifat-sifat keturunan.

1.      Deoxyribonucleic Acid (DNA)

DNA terdapat dalam semua sel yang sedang mengalami pembelahan diri, dimana sebagian besar DNA terdapat di dalam nukleus dan merupakan komponen kromosom yang sangat penting. Sekitar 50.000 gen diduga terkode dalam DNA.
Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme.

Namun, banyak data mengungkapkan bahwa DNA adalah pembawa sebagian besar atau seluruh sifat-sifat genetik yang khas dalam kromosom, sehingga DNA merupakan gen itu sendiri. Oleh karena itu, banyak yang berpendapat bahwa satu DNA sama dengan satu gen. Molekul DNA juga terdapat dalam mitokondria, plastid, dan sentriol. DNA merupakan susunan kimia makro molekuker yang kompleks. Molekulnya merupakan suatu rantai yang amat panjang dan substansi dasarnya terdiri atas:

a.       Gugusan gula (gula pentosa yang dikenal sebagai deoksiribosa),

b.      Asam fosfat, dan

c.       Basa nitrogen, yang terikat pada setiap molekul gula.

Basa nitrogen yang terikat ini dapat dibedakan menjadi empat macam, yaitu:

a.       Golongan pirimidin ada dua macam yaitu cytosine (C) dan timin (T)

b.      Golongan purin ada dua macam yaitu adenin (A) dan guanin (G).

Pirimidin yang terdiri atas cytosine (C) dan timin (T), purin yang terdiri dari adenin (A) dan guanin (G) membentuk rangkaian persenyawaan kimia dengan deoksiribosa menjadi suatu molekul yang dinamakan nukleosida atau deoksiribonukleosida yang dapat berlaku sebagai prekursor elementer untuk sintesis DNA. Prekursor adalah unsur pemula dalam pembentukan suatu senyawa.

Tetapi sebelum suatu deoksiribonukleosida dapat menjadi suatu bagian dari suatu molekul DNA, molekul ini harus bergabung dengan gugus fosfat untuk membentuk suatu nukleotida atau deoksiribonukleotida.

·         Struktur DNA

Model struktur DNA ini pertama kali diciptakan oleh James D. Watson (Amerika) dan Francis Crick (Inggris) pada tahun 1953 berdasarkan analisis foto defraksi sinar X pada DNA yang dibuat oleh Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin.

Watson dan Crick’s, mengemukakan struktur DNA adalah “double helix” dan gen terdiri dari bahan kimia yang memiliki struktur sangat rumit, yang dikenal dengan struktur DNA (deoxyribonucleic acid) yang akan memberikan arah pada pembentukan zat kimia lainnya, yaitu protein.

Model DNA Watson-Crick ini dapat digambarkan sebagai tangga tali yang terpilin (double helix). Ibu tangga, (yaitu bagian yang dipegang saat naik tangga) merupakan deretan gugusan gula ribosa (deoksiribosa) dan asam fosfat, sedangkan bagian anak tangga, (yaitu bagian yang diinjak saat naik tangga), merupakan dua diantara empat basa nitrogen yang telah disebut di atas. Dua basa nitrogen yang berpasangan selalu terdiri atas purin dengan pirimidin, dan kedua basa ini membentuk satu anak tangga. Keempat basa nitrogen nukleotida di dalam DNA tidak berjumlah sama rata. Akan tetapi, pada setiap molekul DNA, jumlah adenin (A) selalu sama dengan jumlah timin (T). Demikian pula jumlah guanin (G) dengan sitosin (C) selalu sama. Fenomena ini dinamakan ketentuan Chargaff. Adenin (A) selalu berpasangan dengan timin (T) dan membentuk dua ikatan hidrogen (A = T), sedagkan sitosin (C) selalu berpasangan dengan guanin (G) dan membentuk 3 ikatan hirogen (C = G).

Tiap pita pada molekul DNA merupakan suatu rantai unit-unit kecil yang dinamakan nukleotida. Antara nukleotida yang satu dengan yang lainnya berhubungan secara kimia melalui ikatan fosfodiester. Rangkaian nukleotida membentuk polinukleotida. Satu nukleotida tersusun atas tiga gugus kimia, yaitu gula 5 karbon atau 2-deoksiribosa (gula pentosa yang kehilangan satu atom oksigen), basa nitrogen, dan asam fosfat.

Jadi, dapat dilukiskan adanya dua rantai (ibu tangga kiri dan kanan) dengan pasangan-pasangan basa yang menghubungkan kedua rantai tersebut. Kedua basa ini berpasangan dengan ikatan hidrogen.

·         Replikasi DNA

Fungsi utama DNA adalah sebagai pembawa sifat dari parental kepada keturunannya. Untuk dapat diturunkan, DNA harus melalui tahap replikasi. Pada replikasi DNA, rantai DNA baru dibentuk berdasarkan urutan nukleotida pada DNA yang digandakan. Replikasi merupakan proses pelipatgandaan DNA. Proses replikasi ini diperlukan ketika sel akan membelah diri. Pada setiap sel, kecuali sel gamet, pembelahan diri harus disertai dengan replikasi DNA supaya semua sel turunan memiliki informasi genetik yang sama.

Sebagai pembawa keterangan genetik, DNA memiliki dua fungsi, yaitu fungsi heterokatalisis dan fungsi autokatalisis. Maksud fungsi heterokatalisis adalah DNA langsung dapat menyintesis molekul kimia lainnya, contohnya menyintesis RNA dan protein. Adapun maksud fungsi autokatalisis adalah DNA dapat menyintesis dirinya sendiri atau dapat bereplikasi.

DNA merupakan molekul hidup karena mampu melakukan penggandaan diri (replikasi). Ada tiga altenatif hipotesis replikasi DNA, yaitu:

a.       Konservatif

Menurut cara ini, pada saat replikasi, kedua rantai polinukleotida induk tidak berpisah dan tetap dalam keadaan utuh. Kedua rantai polinukleotida yang dibentuk terdiri atas pasangan rantai nukleotida baru.

b.      Semikonservatif

Pada cara semikonservatif, dua rantai polinukleotida induk yang saling terpilin berpisah dan masing-masing berfungsi sebagai cetakan untuk menyintesis rantai polinukleotida baru. Jadi, setiap DNA hasil replikasi terdiri atas rantai polinukleotida lama dan baru.

c.       Dispersif

Cara ketiga adalah model dispersif, yaitu beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama digunakan sebgai cetakan untuk sintesis rantai DNA baru. Setiap rantai polinukleotida induk terputus-putus. Kemudian, setiap rantai polinukleotida baru mengandung potongan rantai polinukleotida lama dan potongan rantai polinukleotida yang baru.

Setelah berhasil membuat struktur DNA, Watson dan Crick memprediksi bahwa DNA bereplikasi dengan cara semikonservatif. Kemudian, pada tahun 1958, Matthew Meselson dan Franklin Stahl melakukan percobaan untuk menguji ketiga alternatif hipotesis replikasi DNA tersebut dengan menggunakan DNA bakteri Escherichia coli. Hasil percobaan mereka ternyata mendukung model replikasi semikonservatif yang telah diprediksi oleh Watson dan Crick.

DNA mengandung informasi genetik yang mengatur atau mengendalikan proses replikasinya. Proses replikasi dimulai ketika enzim DNA polimerase memisahkan dua pita DNA heliks ganda, seperti ritsleting yang terbuka. Kemudian, setiap pita DNA yang “lama” sekarang berfungsi sebagai cetakan yang menentukan urutan nukleotida di sepanjang pita DNA komplementer baru yang bersesuaian. Nukleotida baru tersebut disambung satu sama lain untuk membentuk tulang punggung gula-fosfat pita DNA baru. Jadi, setiap molekul DNA terdiri atas satu pita DNA “lama” dan satu pita DNA “baru”. Sekarang, terdapat dua molekul DNA yang sama persis dengan satu molekul DNA induk. Enzim DNA polimerase memiliki fungsi lain, yaitu mengoreksi DNA yang baru terbentuk, membetulkan setiap kesalahan replikasi, dan memperbaiki DNA yang rusak. Adanya fungsi tersebut menjadikan rangkaian nukleotida DNA sangat stabil dan mutasi jarang terjadi.

2.      Ribonucleic Acid (RNA)

Asam ribonukleat merupakan bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok (central dogma) genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein. Dalam melaksanakan fungsinya molekul perantara ini akan merekam apa yang ada dalam molekul DNA.

Ada dua macam RNA (ribonucleic acid), yaitu RNA genetik yang berperan seperti DNA, dan RNA nongenetik. RNA juga merupakan polimer asam nukleotida dari empat ribonukleotida.

·         Struktur RNA

RNA merupakan rantai tunggal polinukleotida. Setiap ribonukleotida terdiri dari tiga gugus molekul, yaitu :

a.       5 karbon

b.      basa nitrogen yang terdiri dari golongan purin (yang sama dengan DNA) dan golongan pirimidin yang berbeda yaitu sitosin (C) dan Urasil (U)

c.       gugus fosfat

Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah nukleotida. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus gula ribosa, dan satu gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus gula ribosa dari nukleotida yang lain.

Purin dan pirimidin yang berkaitan dengan ribosa membentuk suatu molekul yang dinamakan nukleosida atau ribonukleosida, yang merupakan prekursor dasar untuk sintesis DNA. Ribonukleosida yang berkaitan dengan gugus fosfat membentuk suatu nukleotida atau ribonukleotida. RNA merupakan hasil transkripsi dari suatu fragmen DNA, sehingga RNA merupakan polimer yang jauh lebih pendek dibandingkan DNA.

·         Macam-macam RNA

RNA dapat dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu RNA genetik dan RNA non-genetik. RNA non-genetik tidak berperan sebagai pembawa keterangan genetik sehingga RNA jenis ini hanya dimiliki oleh makhluk hidup yang juga memiliki DNA. Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA non-genetik dibedakan menjadi tiga, yaitu:

a.       mRNA atau RNA duta

RNA duta disebut juga messenger RNA (mRNA). RNA jenis ini berbentuk pita tunggal dan terdapat di dalam nukleus. mRNA bertindak sebagai pola cetakan pembentuk polipeptida. Adapun fungsi utama mRNA adalah membawa kode-kode genetik dari DNA ke ribosom. Karena berfungsi membawa kode-kode genetik, mRNA disebut juga kodon. Selain itu, mRNA juga berfungsi sebagai perantara DNA krom dan asam amino sitoplasma. Berperan penting dlm pembuatan protein

b.      tRNA atau RNA pemindah

RNA pemindah disebut juga transfer RNA (tRNA). tRNA dibentuk di dalam nukleus, tetapi menempatkan diri di dalam sitoplasma. tRNA merupakan RNA terpendek dan bertindak sebagai penerjemah kodon dari mRNA. Fungsi lain tRNA adalah mengikat asam-asam amino di dalam sitoplasma yang akan disusun menjadi protein dan mengangkutnya ke ribosom. Bagian tRNA yang berhubungan dengan kodon dinamakan antikodon.

c.       rRNA atau RNA ribosom

RNA ribosom disebut juga ribosomal RNA (rRNA). Disebut RNA ribosom karena terdapat di ribosom, meskipun dibuat di dalam nukleus. rRNA berupa pita tunggal, tidak bercabang, dan fleksibel. Lebih dair 80 % RNA merupakan rRNA. rRNA bertugas mensintesa protein dg menggunakan asam amino. Proses ini berlangsung dlm ribosom dan hasil akhirnya adalah polipeptida

Telah dijelaskan secara singkat bahwa DNA dan RNA keduanya merupakan senyawa asam nukleat yang komposisi kimianya terdiri atas rantai polinukleotida. Setiap nukleotida dibangun oleh asam fosfat, gula pentosa (deoksiribosa/ribosa) dan basa nitrogen yang terikat pada gulanya. Namun, secara terperinci keduanya juga memiliki perbedaan, antara lain sebagai berikut : 

DNA	RNA
-          Mungkin hanya terdapat dalam nukleus sel, mitokondria, plastida, sentriol. -          Membentuk rantai ganda yang amat panjang. -          Berhubungan erat dengan pengendalian faktor-faktor keturunan dan sintesis protein. Kadarnya tak dipengaruhi oleh kecepatan sintesis protein.	-          Terdapat dalam sitoplasma, dan nukleus, terutama dalam ribosom. -          Membentuk rantai tunggal dan tidak panjang. -          Berhubungan dengan sintesis protein, dan kadarnya berubah-ubah menurut kecepatan sintesis protein.
-          Mengandung pirimidin: cytosine (C) dan timin (T), purin: adenin (A) dan guanin (G).	-          Mengandung pirimidin: cytosine (C) dan urasil (U), purin: adenin (A) dan guanin (G).
-          Komponen gulanya deoksiribosa, yaitu ribosa yang kekurangan satu atom oksigen.	-          Komponen gulanya adalah ribosa (pentosa).

3.      Sintesis Protein

Protein-protein dibangun di dalam ribosom. DNA menyampaikan informasi kepada ribosom untuk mensintesis protein yang diperlukan. Kode-kode perintah atau informasi tercermin pada urutan dan pengulangan basa-basa nitrogen yang teratur dalam DNA. RNA tertentu menerima perintah dari DNA, kemudian meninggalkan inti, pergi ke ribosom sebagai tempat penyusunan protein, RNA tertentu itu dikenal sebagai RNA duta.

Disini RNA duta berfungsi sebagai “duta” pembawa informasi, sedang DNA bertindak sebagai arsitek atau perancang pola penyusunan protein. Informasi yang disampaikan adalah kode-kode genetik atau kodon. Setelah mRNA sampai di ribosom, selanjutnya bertindak sebagai “pola cetakan” atau matriks untuk menyusun protein yang diperintahkan DNA. Untuk mensintesis protein ini diperlukan asam-asam amino. Disini datanglah giliran tRNA untuk memulai tugasnya, yaitu mengangkut asam amino yang diperlukan, sesuai dengan kode-kode pada mRNA dengan cara menterjemahkan kodon tersebut. Setelah memperoleh asam amino yang sesuai, maka tRNA beserta dengan asam amino bawaannya menempel pada mRNA. Setelah sampai di tempat “cetakan” (dalam hal ini adalah ribosom), asam-asam amino yang dibawa oleh berbagai tRNA digabung-gabung sehingga membentuk protein yang dikehendaki.

Suatu gen tertentu membawa kode untuk satu polipeptida. Polipeptida adalah suatu rantai atau deretan asam amino yang panjang. Suatu protein fungsional terdiri atas satu atau lebih polipeptida. Banyak molekul yang berbeda berinteraksi dalam pembentukan/sintesis polipeptida. Secara singkat, sintesis protein berlangsung melalui 2 proses utama, yaitu transkripsi dan translasi.

·         Transkripsi

Transkripsi adalah proses pemindahan informasi genetik dari DNA kromosom ke RNA melalui pencetakan mRNA oleh DNA di dalam nukles. Dalam transkripsi ada 3 proses utama, yaitu :

a.       Inisiasi

1)      RNA polymerase melekat pada promoter.

2)      RNA polymerase membuka strand DNA.

3)      RNA nukleotida menempel pada DNA template.

4)      RNA polymerase menghubungkan RNA nukleotida.

b.      Elongasi

1)      RNA polymerase bergerak di sepanjang DNA.

2)      Nukleotida melekat pada DNA template.

3)      Strand RNA mengelupas dari DNA.

4)      DNA kembali menyatu.

c.       Terminasi

1)      RNA polymerase mengenai terminator.

2)      RNA polymerase melepaskan RNA.

3)      RNA polymerase meninggalkan DNA.

·         Translasi

Translasi adalah proses penerjemahan kode genetik (yang dibawa mRNA) oleh tRNA ke dalam urutan asam amino. Translasi juga mengalami proses, yaitu :

a.       Inisiasi

1)      Sub unit Ribosom Kecil melekat pada mRNA.

2)      Anti kodon tRNA melekat pada Start Kodon.

3)      Sub unit ribosom besar melekat pada sub unit ribosom kecil.

b.      Elongasi

1)      Kodon pada sisi A ribosom, berpasangan dengan anti kodon dari tRNA yang sesuai.

2)      Ikatan peptida antara asam amino.

3)      tRNA melekat pada tRNA selanjutnya seiring bergeraknya ribosom.

c.       Terminasi

1)      Ribosom sampai pada stop kodon.

2)      tRNA tanpa asam amino melekat pada stop kodon.

3)      Polipeptida lepas.

4)      Komponen ribosom lepas.

Sintesis protein dapat diikhtisarkan sebagai berikut :

a.       DNA membentuk mRNA untuk membawa kode-kode pembentukan protein, berdasarkan pada urutan basa nitrogennya.

b.      mRNA meninggalkan nukleus, pergi ke ribosom yang terdapat dalam sitoplasma.

c.       tRNA datang membawa asam amino yang sesuai dengan kode yang dibawa oleh mRNA. tRNA ini bergabung dengan mRNA, sesuai dengan pasangan-pasangan basa nitrogen yang seharusnya.

d.      Asam-asam amino akan berderet-deret dalam urutan yang sesuai dengan kode sehingga terbentuklah protein yang diharapkan.

e.       Protein yang terbentuk merupakan enzim yang mengatur metabolisme sel.

Referensi :

Maryunani, Anik. 2010. Biologi Reproduksi Dalam Kebidanan. Jakarta: Trans Info Media

(TIM)

Sukarno dan Amien, Moh.. 1997. Biologi 3. Jakarta : Balai Pustaka

Riandari, Henny. 2012. Biologi 3. Solo : PT. Tiga Serangkai Pustaka Mandiri

http://anikdianhusada.blogspot.com/p/dasar-dasar-genetika.html

http://chocoberrylatte-veganidia.blogspot.com/2010/11/sintesis-protein.html

http://mylifemyadventureandmyfuture.blogspot.com/2012/08/dna-rna-dan-sintesa

protein.html