GEN - DEWI SiLViA ZEGA

BAB 1
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Salah satu ciri makhluk hidup adalah berkembang biak (mereproduksi jenisnya).
Dimana keturunan berikutnya memiliki sifat yang hampir sama dengan orangtuanya.
Dalam menghasilkan keturunan baru, informasi genetik juga diwariskan dari orang tua
kepada keturunannya. Proses demikian disebut dengan Hereditas (pewarisan).
Genetika adalah ilmu tentang hereditas yang terkait dengan gen. Gen adalah
bagian dari DNA kromosom yang mengkode satu buah molekul RNA spesifik, yang
selanjutnya mengkode untuk polipeptida tertentu. Gen tersusun dari DNA (Deoxyribo
Nucleic Acid). DNA tersusun atas basa nitrogen, asam deoxyribosa dan fosfat. Dimana
DNA adalah dasar kimia hereditas (pewarisan) dan diorganisasikan kedalam gen, yang
menjadi unit dasar informasi genetika. Pembuktian bahwa DNA mengandung informasi
genetik dilakukn pertama kali pada tahun 1944 dalam serangkain percobaan oleh Avery,
MacLeod, McCarty. Ketiga peneliti ini memperlihatkan bahwa penetapan genetik dari
karakter kapsul pneumokukus spesifik dapat dipindahkan kepada pneumokukus lain
dengan tipe kapsul yang berbeda melalui penyisipan DNA yang dimurnikan sehingga
memiliki tipe yang spesifik dengan pneumokukus awalnya.
Kandungan informasi DNA (kode genetik) terletak didalam (rangkaian) sequence
tempat tersusunnya monomer-monomer deoksiribosanukleotida purin dan pirimidin yang
saling berikatan sangat kuat yaitu ikatan fosfodieter. Dimana dengan seperti ini dapat
ditentukan stuktur DNA membentuk heliks ganda. Gen juga mengendalikan sistesis
1
berbagai tipe RNA (mRNA, rRNA, tRNA) dari DNA yang sebagian besar diantaranya
terlibat dalam sintesis protein. DNA diperoleh melalui proses isolasi DNA didalam gen
itu sendiri.
B. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan di atas, maka dapat
dirumuskan:
1.
Apa sifat gen?
2.
Bagaimana aliran informasi genetik dalam pembentukan protein ?
3.
Bagaimana struktur DNA?
4.
Bagaimana isolasi DNA?
C. Tujuan Penulisan
Pembuatan makalah ini bertujuan untuk:
1.
Untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah biokimia
2.
Untuk memahami bagaimana sifat gen.
3.
Untuk mengetahui aliran informasi genetik dalam pembentukan protein.
4.
Untuk mengetahui struktur DNA.
5.
Untuk mempelajari proses isolasi DNA
D. Manfaat Penulisan
Setelah mempelajari makalah ini, diharapkan pembaca mendapatkan:
1. Sebagai informasi bagi siapa yang ingin mengetahui struktur dan sifat DNA.
2. Sebagai informasi bagi siapa yang ingin mengetahui aliran informasi genetik dalam
pembentukan protein.
3. Sebagai informasi bagi siapa yang ingin mengetahui proses isolasi DNA.
2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Sifat – Sifat Gen
Genetika adalah cabang ilmu biologi yang mempelajari sifat-sifat keturunan (hereditas)
serta segala seluk beluknya secara ilmiah. Unit-unit hereditas yang ditransmisikan dari satu
generasi ke generasi berikutnya (dengan kata lain, yang diwariskan) disebut gen. Pertama kali
istilah gen diperkenalkan oleh Thomas Hunt Morgan, ahli Genetika dan Embriologi Amerika
Serikat (1911), yang mengatakan bahwa substansi hereditas yang dinamakan gen terdapat dalam
lokus, di dalam kromosom.
Pada konsep Mendelian, suatu gen digambarkan sebagai unit penurunan sifat yang
mempunyai ciri-ciri yang mempengaruhi karakteristik fenotip. Menurut W. Johansen, gen
merupakan unit terkecil dari suatu makhluk hidup yang mengandung substansi hereditas,
terdapat di dalam lokus gen. Seluruh metabolisme dalam tubuh diatur oleh gen. Gen terdapat
pada DNA. DNA merupakan komponen penyusun kromosom.
Gen mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
a. Mengandung informasi genetik.
Hal ini dibuktikan dari percobaan Fred Griffith (1928) yang menunjukkan DNA
bakteri dapat memindahkan informasi genetik melalui proses yang disebut
transformasi.
b. Tiap gen mempunyai tugas dan fungsi berbeda.
c. Pada waktu pembelahan mitosis dan meiosis dapat mengadakan duplikasi.
d. Ditentukan oleh susunan kombinasi basa nitrogen.
3
e. Sebagai materi tersendiri yang terdapat dalam kromosom.
Gen menyimpan instruksi untuk membuat protein tetapi gen tidak menyusun protein
secara langsung. Jembatan antara DNA dan sintesis protein adalah RNA. Basa nukleotida yang
menyusun RNA adalah A, G, C, dan U. RNA pada umumnya tersusun atas untai tunggal. DNA
dan RNA terbentuk dari kelompok basa nitrogen yang berbeda yaitu purin dan pirimidin. Dua
purin yang terdapat paling banyak dalam DNA adalah adenin dan guanine, sedangkan basa
pirimidin yang umum adalah sitosin dan timin.
DNA terdiri dari gula pentose, basa nitrogen dan fosfat
Gambar 1. Gambar DNA
B. Aliran Informasi Genetik (Sentral Dogma).
Sejak tahun 1944 telah diketahui bahwa DNA merupakan partikel pembawa informasi
genetik. Alur informasi genetik yang terjadi pada sel hidup meliputi tiga tahap yaitu tahap
replikasi, transkripsi dan translasi. Alur informasi genetik (Sentral Dogma) adalah proses
transkripsi DNA menjadi mRNA dan translasi menjadi sebuah polipeptida. Maksudnya adalah
semua informasi yang terdapat pada DNA, kemudian akan digunakan untuk menghasilkan
molekul RNA melalui transkripsi, dan sebagian informasi pada RNA tersebut akan digunakan
untuk menghasilkan protein melalui proses yang disebut translasi.
Pada tahun 1956, Francis H. Crick memperkenalkan diagram alur yang menggambarkan
fungsi DNA dalam perjalanan informasi genetik yang disebut sentral dogma (Watson, et al.
dalam T. Milanda, 1994).
4
3
2
1
TRANSKRIPSI
Replikasi
TRANSLASI
mRNA
DNA
PROTEIN
TRANSKRIPSI BALIK
Skema 2. Dogma sentral aliran informasi genetik (Marks, et al., 2000)
Keterangan:
1.
Tahap replikasi
Replikasi merupakan pembentukan DNA rangkap ganda yang komplemen satu dengan yang
lainnya dan persis seperti DNA semula. Replikasi DNA bersifat semikonservatif, yaitu
kedua untai tunggal DNA bertindak sebagai cetakan untuk pembuatan untai-untai DNA
baru, seluruh untai tunggal hasil cetakan dipertahankan dan untai yang baru dibuat dari
nukleotida – nukleotida.
Gambar 2. Macam - macam replikasi DNA
5
Proses replikasi DNA
Mula-mula, heliks ganda dibuka menjadi dua untai tunggal oleh enzim helikase (9) dengan
bantuan topoisomerase (11) yang mengurangi tegangan untai DNA. Untaian DNA tunggal
dilekati oleh protein-protein pengikat tunggal (10) untuk mencegahnya membentuk heliks ganda
kembali. Primase (6) membentuk oligonukleotida RNA yang disebut primer (5) dan molekul
DNA polimerisase (3 dan 8) melekat pada seuntai tunggal DNA dan bergerak sepanjang untaian
tersebut memperpanjang primer, membentuk untaian tunggal DNA baru yang disebut leading
strand (2) dan lagging strand (1). DNA polymerase yang membentuk lagging strand harus
mensintesis segmen – segmen polinukleotida discontinue (disebut fragmen Okazaki (7)). Enzim
DNA ligase (4) kemudian menyambungkan potongan – potongan lagging strand tersebut.
Gambar 3. Proses replikasi DNA
Garpu replikasi
1. Leading strand: sintesis DNA terjadi secara kontinu.
2. Lagging strand: sintesis DNA terjadi melalui pembentukan utas-utas pendek. Lagging
strand: disintesis secara tidak kontinu. Primase mensintesis primer RNA pendek, yang
diperpanjang oleh DNA polymerase, membentuk fragmen Okazaki.
6
Untaian ini disintesis dalam segmen – segmen yang disebut fragmen Okazaki. Pada
untaian ini, primase membentuk primer RNA. DNA polimerisasi dengan demikian dapat
menggunakan gugus OH 3’ bebas pada primer RNA tersebut untuk mensitesis DNA
dengan arah 5’  3’. Fragmen primer RNA tersebut lalu disingkirkan (misalnya dengan
RNase H dan DNA Polimerisasi 1) dan deoksiribonukleotida baru ditambahkan untuk
mengisi celah-celah yang tadinya ditempati oleh RNA. DNA ligase lalu menyambungkan
fragmen – fragmen Okazaki tersebut sehingga sintesis lagging strand menjadi lengkap.
pembentukan leading dan
lagging strand
garpu replikasi yang mensintesis
DNA (untaian ganda)
Pembentukan fagmen Okazaki
Gambar 4. Beberapa peristiwa dalam proses replikasi DNA
Gambar 5. Arah replikasi DNA
7
Enzim yang terlibat dalam proses replikasi DNA adalah
1. Polimerase DNA : enzim yang berfungsi mempolimerisasi nukleotida-nukleotida
2. Ligase DNA : enzim yang berperan menyambung DNA utas lagging
3. Primase DNA : enzim yang digunakan untuk memulai polimerisasi DNA pada lagging
strand
4. Helikase DNA : enzim yang berfungsi membuka jalinan DNA double heliks.
5. Single strand DNA-binding protein : menstabilkan DNA induk yang terbuka
2.
Tahap Transkripsi
Transkripsi adalah sintesis RNA dibawah arahan DNA. Keduanya menggunakan
bahasa yang sama sehingga informasi dari DNA disalin begitu saja dari satu molekul ke
molekul yang lain (basa T pada DNA disalin menjadi basa U pada RNA). Untai tunggal
DNA bertindak sebagai template untuk penyusunan sekuen nukleotida RNA (seperti pada
proses replikasi DNA, perbedaannya pada replikasi DNA yang disusun pada template induk
adalah sekuen nukleotida DNA). Fungsi ini disebut fungsi heterokatalis DNA karena DNA
mampu mensintesis senyawa lain yaitu RNA. Sebuah rantai DNA digunakan untuk
mencetak rantai tunggal mRNA dengan bantuan enzim RNA polimerase. Enzim tersebut
menempel pada kodon permulaan, umumnya adalah kodon untuk asam amino metionin.
Bagi gen pengkode protein, molekul RNA tersebut merupakan transkrip dari
instruksi penyusunan-protein dari gen (RNA ini dapat dihasilkan dalam jumlah yang banyak
melalui proses transkripsi). Tipe molekul RNA semacam ini disebut messenger RNA
(mRNA) karena molekul ini membawa pesan genetik dari DNA menuju mesin pensintesaprotein dalam sel. (Transkripsi merupakan istilah umum untuk sintesis berbagai tipe RNA
dari template DNA dan ada berbagai tipe RNA yang dihasilkan melalui transkripsi).
8
Pertama-tama, ikatan hidrogen di bagian DNA yang disalin terbuka. Akibatnya, dua
utas DNA berpisah. Salah satu polinukleotida berfungsi sebagai pencetak atau sense, yang
lain sebagai gen atau antisense. Misalnya pencetak memiliki urutan basa G-A-G-A-C-T,
dan yang berfungsi sebagai gen memiliki urutan basa komplemen C-T-C-T-G-A. Karena
pencetaknya G-A-G-A-C-T, maka RNA hasil cetakannya C-U-C-U-G-A. Jadi, RNA C-U-CU-G-A merupakan hasil kopian dari DNA C-T-C-T-G-A (gen), dan merupakan komplemen
dari pencetak.
Hasil (produk) yang didapatkan pada tahap transkripsi adalah:
1.
messenger RNA (mRNA) berfungsi sebagai pembawa pesan yang mengagkut
informasi dalam sebuah gen kepada ribosom
2.
transfer RNA (tRNA) bertindak sebagai adapter (penyetaraan translasi informasi
didalam rangkaian nukleotida mRNA menjadi asam amino yang spesifik.
3.
ribosom RNA (rRNA) berfungsi mesin pemmbentukan protein dari cetakan mRNA.
Ketiga produk RNA ini mengambil bagian pada proses selanjutnya dalam tahap translasi.
Komponen yang terlibat pada tahap transkripsi adalah
1.
DNA yang terdiri atas basa nukleotida Adenin (A), Guanin (G), Timin (T), Sitosin
(S).
2.
Enzim RNA polimerase
3.
Prekusor (bahan yang ditambahkan sebagai peninduksi).
Tahapan dalam proses transkripsi pada dasarnya terdiri dari 3 tahap :
1.
Inisiasi (pengawalan).
Transkripsi tidak dimulai disembarang tempat pada DNA, tetapi dibagian hulu
(upstream) dari gen yaitu promoter. Salah satu bagian terpenting dari promoter adalah
9
kotak Pribnow (TATA box). Di dalam suatu promoter sudah terdapat signal tempat
mulainya transkripsi. Selain itu promoter juga menentukan untai DNA mana yang akan
dijadikan template untuk ditranskripsi (DNA memiliki dua untai berbetuk helix – double
helix).
Inisiasi dimulai ketika holoenzim RNA polimerase
menempel pada promoter.
Tahapannya dimulai dari pembentukan kompleks promoter terbuka, penggabungan beberapa
nukleotida awal dan perubahan konfirmasi RNA polymerase karena struktur sigma dilepas
dari kompelks holoenzim.
Dimana tahapan yang terjadi pada inisiasi adalah:
a) enzim RNA polimerase menyalin gen
b) pengikatan RNA polimerase terjadi pada tempat tertentu yaitu tepat didepan gen yang
akan ditranskripsi.
c) empat pertemuan antara gen (DNA) dengan RNA polimerase disebut promoter.
d) kemudian RNA polimerase membuka double heliks DNA.
e) salah satu utas DNA berfungsi sebagai cetakan.
2.
Elongasi (pemanjangan)
Proses selanjutnya adalah elongasi (pemanjangan). Pemanjangan disini adalah
pemanjangan nukleotida. Setelah RNA polymerase menempel pada promoter, maka enzim
tersebut akan bergerak sepanjang molekul DNA, menguraikan dan meluruskan heliks. RNA
polimerase bergerak sepanjang DNA, membuka untaian double helix-nya untuk dipasangkan
dengan nukleotida RNA. Suatu enzim menambahkan untai nukleotida yang baru terbentuk
sehingga untai RNA ini memanjang. RNA nukleotida yang baru tersebut terlepas dari
template DNA, dan dua untai DNA yang terpisah menyatu kembali menjadi doublehelix.
10
Dalam pemanjangan, nukloetida ditambahkan secara kovalen pada ujung 3’ molekul
RNA yang ditambahkan adalah Urasil (U) dan seterusnya. Laju pemanjangan maksimim
molekul transkripsi RNA berkisar antara 30 – 60 nukleotida per detik. Kecepatan elongasi
tidak konstan.
3. Terminasi (pengakhiran)
Terminasi juga tidak terjadi disembarang tempat. Transkripsi berakhir ketika
menemui nukleotida tertentu berupa stop kodon. Selanjutnya RNA terlepas dari DNA
templat menjadi ribosom. mRNA sebagai pembawa informasi dari DNA menuju ribosom,
ditranskripsi dari untai template suatu gen. Enzim RNA polimerase memisahkan dua untai
DNA dan menggabungkan nukleotida RNA dengan basa pasangannya pada template DNA.
Sekuen nukleotida yang spesifik pada untai DNA menandai tempat dimana transkripsi gen
bermula dan berakhir. Sekuen DNA dimana RNA polimerase menempel dan memulai
transkripsi dikenal sebagai promoter (pada bacteria signal yang mengakhiri transkripsi
dikenal sebagai terminator). Untai DNA yang ditranskripsi ke dalam molekul RNA disebut
unit transkripsi.
Selama transkripsi, gen menentukan urutan dari basa sepanjang molekul mRNA
(Gambar 5). Untuk tiap-tiap gen, hanya satu dari dua untai DNA yang ditranskripsi. Untai
ini disebut template strand karena untai tersebut menyediakan pola atau cetakan urutan
nukleotida dalam transkrip RNA. Molekul mRNA merupakan komplemen dari DNA
template karena basa RNA disusun berdasarkan aturan pasangan basa. Pasangannya adalah
serupa dengan yang dihasilkan pada replikasi DNA tetapi U pada RNA menggantikan T dan
berpasangan dengan A, serta nukleotida dari mRNA mengandung ribose bukan deoxyribose.
Seperti pada sintesis untai baru DNA, molekul RNA yang disentesis dari template DNA juga
11
disusun dengan arah antiparalel. Sebagai contoh, basa triplet DNA adalah ACC (dibaca 3’ACC-5’) menjadi template bagi tersusunnya 5’-UGG-3’ mRNA. Basa triplet pada mRNA
ini disebut kodon, dan pada umumnya tertulis dengan arah 5’-3’. Pada contoh diatas UGG
merupakan kodon bagi asam amono tryptophan (Trp). Istilah kodon juga digunakan untuk
basa triplet DNA pada untai non-template.
Gambar 6. Tiga kode DNA (kodon)
Synthesis of an RNA Transcript
Terdapat tiga tahap transkripsi (Figure 6) yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi.
12
Gambar 7. Tiga tahap transkripsi
3.
Translasi
Translation adalah sintesis polipeptida yang terjadi melalui arahan dari mRNA. Sel
harus menterjemahkan urutan molekul basa RNA ke dalam urutan asam amino polipeptida.
Tempat terjadinya penerjemahan/translasi adalah ribosom yaitu suatu komponen partikel
yang
memfasilitasi
penggabungan
asam
amino
yang
berurutan
menjadi
rantai
polipeptida.Translasi merupakan suatu proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada
13
pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu
polipeptida atau protein. Yang diperlukan dalam proses translasi adalah mRNA, ribosom,
tRNA, dan asam amino.
Dalam melakukan proses translasi, sel menginterpretasikan pesan genetik ke dalam
pembentukan polipeptida. Pesan tersebut terdapat dalam rangkaian kodon pada molekul
mRNA, sedangkan interpreter-nya adalah transfer RNA (tRNA). Fungsi tRNA adalah
mentransfer asam amino dari sitoplasma menuju ribosom. Ribosom merangkai asam amino
yang dibawa oleh tRNA menjadi rangkaian polipeptida (Gambar 8).
Gambar 8. Konsep dasar tahap translasi.
Kunci dari translasi pesan genetik menjadi rangkaian asam amino tertentu adalah
bahwa tiap-tiap molekul tRNA mentranslasikan kodon mRNA ke dalam asam amino
tertentu. tRNA yang masuk ke dalam ribosom membawa asam amino pada ujungnya
14
sedangkan pada ujung yang lainnya terdapat triplet nukleotida yang disebut antikodon, yang
berpasangan dengan kodon mRNA.
Seperti halnya pada tahap transkripsi, tahap translasi ini juga dibagi tiga tahap:
1.
Inisiasi
Tempat terjadinya penerjemahan/translasi adalah ribosom yaitu suatu komponen
partikel yang memfasilitasi penggabungan asam amino yang berurutan menjadi rantai
polipeptida. Ribosom tersusun atas dua sub unit yaitu subunit besar dan subunit kecil
(Gambar 9).
Gambar 9. Susunan ribosom dan anatomi dari fungsi ribosom.
Subunit ribosom tersusun atas protein dan molekul RNA yang disebut ribosomal
RNA (rRNA). Setiap ribosom memiliki selain memiliki tempat untuk mengikat mRNA juga
memiliki tempat untuk mengikat tRNA yaitu sisi P, sisi A, dan sisi E. Sisi P mengikat tRNA
yang membawa rangkaian polipeptida, sisi A mengikat tRNA yang membawa asam amino
berikutnya yang akan dirangkai, sisi E adalah tempat keluarnya tRNA.
Inisiasi diawali dengan mengumpulnya mRNA, tRNA yang membawa asam amino
pertama, dan dua subunit ribosom. Subunit ribosom kecil mengikat mRNA dan tRNA yang
membawa asam amino metionin, kemudian subunit ribosom besar menempel. Secara
keseluruhan komponen ini disebut sebagai translation initiation complex. Suatu protein yang
15
disebut initiation factor dibutuhkan untuk menjaga translation initiation complex tetap
menyatu.
Pertama tRNA mengikat asam amino menyebabkan tRNA teraktivasi (dinamakan
peristiwa amino-asilasi). Proses amino-asilasi ini dikatalis oleh enzim tRNA sistetase.
Kemudian ribosom mengalami pemisahan menjadi subunit besar dan kecil. Subunit kecil
dapat menempel pada mRNA dengan kodon awal tempat menempel : 5’ – AGGAGG – 3’.
Urutan tempat menempelnya subunit kecil disebut urutan Shine-Dalgamo. Subunit kecil
dapat menempel pada mRNA bila ada IF-3. Pembentukan kompleks IF-2/tRNA-fMet dan
IF-3/mRNA-fMet disebut asam amino N-formilmetionin dan memerlukan banyak GTP
sebagai sumber energi. tRNA-fMet kemudian menempel pada kodon pembuka P subunit
kecil. Pada proses IF-1 dan IF-2 dilepas dan GTP dihidrolisis menjadi GDP, dan siap
melakukan elonganasi.
2.
Elongasi
Perbedaan pada proses transkripsi, pada translasi asam amino yang dipanjangkan.
Tahapan yang dilakukan pada proses elongasi, pertama adalah pengikatan tRNA pada sisi A
yang ada pada ribosom. Yang saling berikatan membentuk ikatan peptida. Pada elongasi
translasi, asam amino ditambahkan satu persatu ke asam amino sebelumnya. Setiap
penambahan asam amino membutuhkan protein yang disebut elongation factor. Elongasi
berlangsung dalam siklus yang terdiri atas tiga tahap yaitu pengenalan kodon, pembentukan
ikatan peptide, dan translokasi (Gambar 10).
16
Gambar 10. Tahap elongasi
3.
Terminasi
Translasi akan berakhir pada salah satu dari tiga kodon terminasi (UAA, UGA,
UAG) yang ada pada mRNA mencapai posisi A pada ribosom. Ketiga sinyal penghentian ini
disebut release factor (RF) pada kodon terminasi (stop kodon). Tahap akhir translasi adalah
terminasi (Gambar 11). Elongasi akan berjalan terus menerus hingga kodon “stop” pada
mRNA mencapai sisi A pada ribosom. Protein yang disebut release factor terikat secara
langsung pada kodon “stop” di sisi A.
Gambar 11. Tahap terminasi dari translasi.
17
Selama translasi, sekuen dari kodon di sepanjang untai mRNA di terjemahkan
(translasi/dekode) ke dalam sekuen asam amino yang menyusun rantai polipeptida. Gambar
12 menunjukkan hubungan antara kodon dan protein yang disintesis.
Gambar 12. Hubungan antara kodon dan protein yang disintesis
18
Gambar 13. Tahap translasi
19
Gambar 14. Tahap sintesis protein
20
KODE GENETIK
Masing – masing protein mengandung asam amino dalam jumlah tertentu yang tersusun
secara tepat menjadi suatu sekuens. Gen - gen tersusun dari kodon-kodon yang masing - masing
menspesifik sebuah asam amino spesifik melalui molekul mRNA . Sebuah kodon terdiri atas
sebuah gugus tiga nukleotida (triplet nukleotida. Urutan sekuen DNA dan mRNA adalah sebagai
berikut:
Kodon
1
2
3
4
5
Sekuen cetakan DNA
3’ TAC
CCG
ATA
TCA
GCC AAG 5’
Sekuens kodon mRNA 5’AUG
GGC
UAU
AGU
CGG UUC 3’
Asam amino
Gly
Tyr
Ser
Arg
Met
6
Leu
Dalam pembentukan asam amino diawali oleh asam amino metionin (AUG) dan diakhiri oleh
kodon stop (UAA, UAG, UGA).
C. STUKTUR DNA
DNA adalah polimer dari nukleotida-nukleotida. Nukleotida-nukleotida dalam DNA
dihubungkan satu dengan yang lainnya oleh ikatan fosfodiester, yaitu ikatan yang terjadi antara
Carbon katida dari satu nukleotida terdiri dari sebuah gula pantosa (deoksiribosa), satu buah
fosfat dan satu basa nitrogen. Basa nitrogen tersebut berikatan dengan carbon pertama dari gula
deoksiribosa, sedangkan fosfat berikatan dengan karbon kelima dari gula yang sama.
Basa nitrogen yang menyusun nukleotida dikelompokan menjadi 2 yaitu:
1.
Purine, yaitu basa nitrogen yang strukturnya berupa dua cincin. Termasuk
diantaranya adalah : adenin dan guanin.
21
2.
Primidin, yaitu basa nitrogen yang strukturnya berupa satu cincin. Termasuk
diantaranya adalah : citosin dan timin.
Gambar 15. Basa Nitrogen
Beda DNA dengan RNA adalah
DNA  RNA
Pembeda
Gula
deosiribosa
Ribose
Basa nitrogen
A,C,G,T
A,G,C,U
Untaian
Ganda
Tunggal
Prokariot
sitoplasma
Sitoplasma
Eukariot
Inti
Inti dan sitoplasma
Penyimpan informasi
Hasil transkripsi
Tabel 1. Beda DNA dan RNA
Bentuk susunan DNA dan RNA
22
Gambar 16. (a) Perbandingan nukleotida RNA dan DNA dan (b) Perbandingan struktur
tiga dimensi DNA dan RNA
Gambar 17. Struktur kimia dari DNA. Setiap molekul DNA terdiri dari sub unit
deoksiribonukleotida monofosfat. Setiap unit tersebut tersusun dari kelompok fosfat yang
berikatan dengan gula pada atom karbon no. 5 dengan karbon no.3 dari gula berikutnya
disebut ikatan fosfodiester (Wolf, 1993)
23
Hukum Chargaff:
Chargaff meneliti proporsi relatif dari purin dan purimidin dalam suatu DNA dari sejumlah
organisma. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa dalam DNA dari organisma apapun jumlah
A=T dan C=G. Dengan menggunakan difraksi sinar X diketahui bahwa DNA mempunyai
susunan helix.
Watson dan Crick:
Watson dan Crick menemukan bahwa DNA berbentuk doubel helix. Setiap molekul DNA terdiri
dari dua rantai polinukleotida yang tersusun secara anti paralel membentuk struktur duobel helix.
Gambar 18. DNA doubel helix. (a) Pengaturan gula, kelompok fosfat dan basa
dalam DNA. (b) Letak atom-atom dan ikatan-ikatan dalam DNA. Basabasa berpasangan dalam posisi mendatar, (c) Diagram yang menunjukkan
DNA dalam konformasi B (Wolf, 1993).
24
Komponen Penyusun DNA double heliks
1.
Dua rantai polinukleotida tersebut tersusun dalam “a coiled double helix”.
2.
Rantai gula dan fosfat membentuk rangka luar dari helix.
3.
Basa nitrogen-basa nitrogen yang melekat pada gula menonjol ke dalam pusat helix.
4.
Jarak antara 2 strand adalah 1,1 nm yang diisi oleh basa nitrogen
5.
Jarak antara 2 basa adalah 3,4 A
6.
Setiap putaran dalam helix terdapat 10 basa
7.
Setiap putaran dalam helix mempunyai jarak 34 A
8.
Kedua stran (rantai polinukleotida) anti paralel artinya suatu rantai mempunyai arah yang
berlawanan dengan rantai pasangannya. Misalnya suatu stran berakhir dengan gugus 5
fosfat sedang rantai pasangannya berakhir dengan gugus 3 OH (hidroksil).
9.
Kedua rantai polinukleotida komplementer artinya urutan nukleotida pada suatu rantai
menentukan urutan nukleotida pada rantai pasangannya.
10.
Antara satu basa nitrogen dengan basa pasangannya dihubungkan oleh ikatan hidrogen.
11.
Dua ikatan hidrogen antara A dan T
Tiga ikatan hidrogen antara C dan G
12.
Basa nitrogen A hanya dapat berpasangan dengan T, sedangkan C dengan G
25
Gambar 19. (a) Ikatan antara nukleotida-nukleotida membentuk asam nukleat
dalam DNA dan (b) RNA (Wolf, 1993).
Gambar 20. Diagram skematis yang menunjukkan ikatan hidrogen antara Adenin
dengan Timin dan antara Guanin dengan Citosin (Wolf, 1993).
26
D. ISOLASI DNA
Isolasi DNA adalah suatu proses untuk memisahkan DNA dari suatu sel makhluk hidup
baik dari inti, mitokondria maupun kloroplas. Isolasi DNA merupakan langkah yang tepat untuk
mempelajari DNA seperti mengetahui urutan basa purin dan pirimidinnya. Prinsip-prinsip dalam
melakukan isolasi DNA ada dua, yaitu sentrifugasi dan presipitasi. Sentrifugasi merupakan
teknik untuk memisahkan campuran berdasarkan berat molekul komponennya. Molekul yang
mempunyai berat molekul besar akan berada di bagian bawah tabung dan molekul ringan akan
berada pada bagian atas tabung. Hasil sentrifugasi akan menunjukkan dua macam fraksi yang
terpisah, yaitu supernat pada bagian atas dan pelet pada bagian bawah (Campbell dkk. 2002 :
115). Presipitasi merupakan langkah yang dilakukan untuk mengendapkan suatu komponen dari
campuran (Albert dkk. 1994 : 254)
Isolasi DNA memilika beberapa tahapan, yaitu :
1. Isolasi sel
2. Lisis dinding dan membran sel
3. Ekstraksi dalam larutan
4. Purifikasi
5. Presipitasi
Isolasi sel bertujuan untuk memisahkan sel dari jaringan selanjutnya dinding dan
membran sel dilisis dengan dua cara yaitu mekanik dan enzimatik. Ekstraksi DNA dalam larutan
bertujuan memisahkan DNA dari larutan. DNA yang diperoleh kemudian dipurifikasi untuk
memisahkan DNA dari kontaminan. Tahap terakhir dari isolasi DNA yaitu presipitasi yang
bertujuan untuk mengendapkan DNA dari supernatannya.
27
Proses isolasi DNA pada umumnya memiliki prinsip isolasi yang hampir sama dengan
cara sentrifugasi dan presipitasi seperti yang dikemukakan Zubaidah (2004) dan Jamilah (2005)
menyatakan bahwa isolasi DNA dapat dilakukan melalui tahapan-tahapan antar lain : preparasi
ekstrak sel, pemurnian DNA dari ekstrak sel dan presipitasi DNA. Secara umum dapat dilihat
pada skema berikut :
ISOLASI DNA
GEN
Dipecah:
Enzim dan mekanik
DNA
dilepaskan
disuspensi
MEDIA
- saline- EDTA
- detergen (SDS)
Pengendapan DNA
- pemanasan - NaCl
- enzim protease
- sentrifugase (10.000g)
Campuran alcohol/etanol/isoamilalkohol dan
kromofom (deproteinasi)
Campuran membentuk 3 lapisan
Lap bawah
(fase organik)
Lap atas
(fase air)
LAP AIR
Lap interfase
(protein terdaturasi)
ENDAPAN DNA
Skema 2. Proses Isolasi DNA
28
Pada tahap awal isolasi DNA, sel dari organisme dipecah (dapat dilakukan secara
mekanik atau menggunakan enzim). Selanjutnya DNA yang diperoleh disuspensikan kedalam
media tertentu lalu diendapakn. Pengendapan DNA dapat dilakukan dengan menggunakan
larutan saline-EDTA, detergen (SDS), NaCl, pemanasan, enzim protase dan sentrifugasi. Pada
tahap selanjutnya ditambahkan campuran yang terdiri dari tiga lapisan yaitu lapisan bawah,
lapisan atas dan lapisan interface (tergantung dari DNA yang diinginkan). Misalnya DNA pada
pisang ditemukan pada lapisan interface dan DNA pada darah ditemukan pada lapisan bawah
(saepudin dan siswati, 2011).
Isolasi DNA pada Leukosit
•
300 l darah+EDTA di+kan ke dalam 900 l larutan pelisis sel, dibolak-balik sebentar,
lalu diinkubasi 10 menit pada RT sambil sekali-sekali dibolak balik selama inkubasi.
•
Campuran kemudian disentrifus dengan kecepatan 13.000 rpm 1 menit.
•
Supernatan dibuang, pelet dilisis kembali dengan 600 l larutan pelisis sel, divorteks
sebentar, lalu disentrifus kembali selama 1 menit, 13.000 rpm.
•
Supernatan dibuang, didapatkan pelet berwarna putih yang sudah bebas dari eritrosit.
•
Ke dalam mikrotube ditambahkan 300 l larutan pelisis leukosit dan nukleus, dipipet up
and down sampai homogen.
•
Selanjutnya ditambahkan 1,5 l RNAse, diinkubasi pada suhu 37C, 15 menit – 1 jam.
•
Selanjutnya ditambahkan 100 l larutan penggumpal protein, divorteks 30 detik sampai
terbentuk butiran-butiran coklat.
•
Campuran disentrifus selama 3 menit, 13.000 rpm, sampai terbentuk endapan coklat di
dasar mikrotube.
29
•
Supernatan dipindahkan ke mikrotube baru yang telah diisi dengan 900 l alkohol
absolut.
•
Tabung dibolak balik beberapa kali sampai terlihat benang-benang DNA yang melayanglayang dalam alkohol.
•
Tabung disentrifus 1 menit, 13.000 rpm untuk mengendapkan DNA di dasar tabung.
•
Alkohol absolut dibuang, DNA dicuci dengan 900 l alkohol 70%.
•
Tabung disentrifus 1 menit, 13.000 rpm, alkohol dibuang.
•
DNA dikering anginkan dengan posisi tabung terbalik.
•
Setelah DNA benar-benar kering, DNA dilarutkan dalam 100 l buffer TE atau akuades
steril.
30
BAB III
PENUTUP
A. KESIMPULAN
1. Gen mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
a. Mengandung informasi genetik.
Hal ini dibuktikan dari percobaan Fred Griffith (1928) yang menunjukkan DNA
bakteri dapat memindahkan informasi genetik melalui proses yang disebut
transformasi.
b. Tiap gen mempunyai tugas dan fungsi berbeda.
c. Pada waktu pembelahan mitosis dan meiosis dapat mengadakan duplikasi.
d. Ditentukan oleh susunan kombinasi basa nitrogen.
e. Sebagai materi tersendiri yang terdapat dalam kromosom.
2. Aliran informasi genetik
Skema alur informasi genetik
3
2
1
Replikasi
TRANSKRIPSI
DNA
TRANSLASI
mRNA
PROTEIN
TRANSKRIPSI BALIK
3. Struktur DNA
Watson dan Crick menemukan bahwa DNA berbentuk doubel helix. Setiap molekul
DNA terdiri dari dua rantai polinukleotida yang tersusun secara anti paralel membentuk
struktur doubel helix.
31
Gambar DNA doubel helix. (a) Pengaturan gula, kelompok fosfat dan basa dalam
DNA. (b) Letak atom-atom dan ikatan-ikatan dalam DNA. Basa-basa
berpasangan dalam posisi mendatar, (c) Diagram yang menunjukkan DNA
dalam konformasi B (Wolf, 1993).
4. Isolasi DNA
Isolasi DNA merupakan proses pemisahan DNA dari sel baik dari inti sel, mitokondria.
Isolasi DNA dapat dilakukan dengan preparasi ekstrak sel dan pemurnian sel DNA yang
dapat dilakukan dengan cara elektroforesis.
32
DAFTAR PUSTAKA
Elrod, L. Susan & William D. Stansfield. 2002. Schaum’s Outline Teori dan Soal – Soal
Genetika, Edisi Keempat. Erlangga.
Goodenough & Adisoemarto. 1988. Genetika. Jakarta. Erlangga
Griffith, A.J.F; Miller, J.H; Suzuki, D.T; Lewotin R,C and Gelbart,W.M (1993). An Introduction
to Genetic Analysis. 5th. New York; W.H. Freeman dan Company. Pp. 541-543.
Kuchel, Philip & Greorgy B. Ralston. 2006. Schaum’s Easy Outline. Erlangga
Poedjiadi, Anna & Supriyanti, Titin F. M. Dasar – Dasar Biokimia. Jakarta: Universitas
Indonesia Press
Reece, Campbell: Mitchell. (2000). Biologi. Edisi kelima. Erlangga
Stryer, Lubert. 1981. Biochemistry. New York. Freemanand Company
Watson, J.D ; Hopkins, N. H: Robert, J..: Steitz, J.A dnd Weiner, A.M. (1987). Molecular
Biology of The Gene.4th Ed. California The Benjamin/Cummings Publishing Company.
Pp. 571-573
http://google.com/ Expresi Gen (From Gene of Protein) diambil dari Campbell et al (2009),
Biology 8th.
33
INDEKS
1. DNA : Deoxyribo nucleic acid
2. RNA : ribonucleic acid; asam ribonukleat
3. mRNA : messanger RNA sebagai pembawa pesan yang mengagkut informasi dalam sebuah
gen kepada ribosom.
4. tRNA : transfer RNA bertindak sebagai adapter (penyetaraan translasi informasi didalam
rangkaian nukleotida mRNA menjadi asam amino yang spesifik.
5. rRNA : ribosom RNA berfungsi mesin pemmbentukan protein dari cetakan mRNA.
6. Doube Heliks : struktur DNA yang seperti pita ganda, dimana menurut Watson Crick
penempatan satu benang dalam cara 3’ →5’ dalam heliks dan yang lain dalam cara 5’ → 3’.
Basa A dan T dikatakan komplementer demikian juga basa G dan C.
7. Replikasi DNA : pembentukan DNA rangkap ganda yang komplemen satu dengan yang
lainnya dan persis seperti DNA semula.
8. Transkripsi DNA : sintesis RNA dibawah arahan DNA
Untai DNA
Pengkodean → 5’ – T G G A A T T G T G A G C G G A T A A C A A T T T C A C A C – 3’
Cetakan
→ 3’ –A C C T T A A C A C T C G C C T A T T G T T A A A G T G T G – 5’
Transkip
→
UGGAAUUGUGAGCGGAUAACAAUUUCACAC
DNA
Ingat: A jadi U; T jadi A; C jadi G pada transkripsi DNA menjadi RNA
9. Translasi DNA : sintesis polipeptida yang terjadi melalui arahan dari mRNA yang terjadi
pada ribosom.
10. Metionin : kodon awal sintesis protein
11. UAA, UAG, UGA : kodon stop.
34
12. Leading strand: sintesis DNA terjadi secara kontinu (terus- menerus) pada arah 5’ → 3’ oleh
DNA polimerase.
13. Lagging strand: disintesis secara tidak kontinu. Primase mensintesis primer RNA pendek,
yang diperpanjang oleh DNA polymerase, membentuk fragmen Okazaki.
14. Polimerase DNA : enzim yang berfungsi mempolimerisasi nukleotida-nukleotida
15. Ligase DNA : enzim yang berperan menyambung DNA utas lagging
16. Primase DNA : enzim yang digunakan untuk memulai polimerisasi DNA pada lagging strand
17. Helikase DNA : enzim yang berfungsi membuka jalinan DNA double heliks.
18. Single strand DNA-binding protein : menstabilkan DNA induk yang terbuka
19. Tempat terjadinya penerjemahan/translasi adalah ribosom yaitu suatu komponen partikel
yang memfasilitasi penggabungan asam amino yang berurutan menjadi rantai polipeptida.
20. Sisi yang terdapat dalam ribosom:
a. sisi P mengikat tRNA yang membawa rangkaian polipeptida,
b. sisi A mengikat tRNA yang membawa asam amino berikutnya yang akan dirangkai,
c. sisi E adalah tempat keluarnya tRNA.
21. Ikatan Fosfodiester: Setiap unit tersebut tersusun dari kelompok fosfat yang berikatan dengan
gula pada atom karbon no. 5 dengan karbon no.3 dari gula berikutnya disebut ikatan
fosfodiester (Wolf, 1993).
22. Ikatan hidrogen antara Adenin dengan Timin dan antara Guanin dengan Citosin (Wolf,
1993).
23. Isolasi DNA adalah suatu proses untuk memisahkan DNA dari suatu sel makhluk hidup baik
dari inti, mitokondria maupun kloroplas.
35