I. DNA SEBAGAI MATERI GENETIK

I. DNA SEBAGAI MATERI GENETIK
Kompetensi Pembelajaran
Setelah mengikuti pembelajaran pokok bahasan ini mahasiswa diharapkan mampu:
1. mendefinisikan klon, genom, genotip, dan fenotip
2. menjelaskan secara garis besar percobaan Griffith; Avery, MacLeod, dan McCarty; Hershey and
Chase.
3. menjelaskan mengapa percobaan peneliti tersebut penting dalam perkembangan genetika
mikroba?
4. menjelaskan hubungan antara DNA, RNA, dan protein.
Pendahuluan
Pada pokok bahasan ini akan disajikan konsep-konsep dasar genetika molekuler: bagaimana
informasi genetik disimpan dan diorganisasikan dalam molekul DNA, cara DNA direplikasi, sifat kode
genetik, mutagenesis, dan perbaikan DNA. Selain itu, pokok bahasan ini juga akan menjelaskan
penggunaan mikroorganisma untuk mengidentifikasi agen mutagenik berbahaya dalam melawan
kanker. Pokok bahasan tersebut akan menjadi dasar pokok bahasan berikutnya, yaitu ekspresi gen
dan pengaturannya. Pada pokok bahasan terakhir, fokus bahasan ditekankan pada informasi plasmid
dan sifat rekombinasi mikroorganisma.
Ahli genetika, termasuk ahli genetika mikroba, menggunakan perbendaharaan kata khusus karena
kekomplekskan disiplin ilmu getika. Beberapa pengetahuan dasar diperlukan untuk memahami
pinsip-prinsip dasar. Materi percobaan genetika mikroba adalah klon. Klon adalah suatu populasi
sel yang berasal dari sel tetua yang bereproduksi akseksual dan secara genetik adalah identik.
Seringkali suatu klon disebut kultur murni. Istilah genom merujuk pada semua gen yang ada dalam
cel atau virus. Prokariot pada umumnya mempunyai kromosom haploid (1N).
Mikroorganisma eukariotik biasanya mempunyai kromosom diploid (2 N). Genotip organisme adalah
kumpulan gen spesifik yang dimiliki organisme. Sebaliknya, fenotip adalah koleksi karakteristik yang
dapat diamati. Seluruh gen tidak diekspresikan pada saat yang bersamaan, dan lingkungan sangat
mempengaruhi ekspresi fenotipik. Banyak peneliti genetika menaruh perhatian pada kajian
huhungan genotip dan fenotip, dan ekspresi gen
Pada awal abad dua puluh, percobaan menggunakan bakteri dan bakterifaga berhasil menjelaskan
sifat informasi genetik, struktur gen, kode genetik, dan mutasi.
1. 1 DNA sebagai Materi Genetik
Pada tahun 1928 Fred Griffith meneliti fenomena virulensi Streptococcus pneumoniae (Gb 1.1).
Griffith mendapatkan bahwa jika bakteria virulen dididihkan dan kemudian disuntikan ke mencit,
mencit tersebut tetap hidup, dan tidak ada pneumococci di dalam tubuh mencit. Namun ketika
campuran antara bakteria virulen yang telah dididihkan dan galur nonvirulen disuntikan ke mencit,
mencit mati dan ditemukan bakteri virulen dalam tubuh mencit tersebut. Grifith menyebut
perubahan bakteri nonvirulen menjadi bakteri virulen sebagai prinsip transformasi (transformation
principle).
hendro pramono fakultas biologi unsoed purwokerto 2010
1
Gambar 1.1 Percobaan Transformasi. (a) Mencit mati ketika diinjeksi dengan
pneumococci galur S, galur patogenik yang mempunyai kapsul dan membentuk
koloni halus. (b) Mencit tetap hidup ketika diinjeksikan dengan pneumococci
galur R, galur nonpatogenik yang kekurangan kapsul dan membentuk koloni
kasar. (c) Injeksi dengan galur pneumococci S yang telah dimatikan dengan
pemanasan tidak berpengaruh. (d) Injeksi dengan galur R hidup yang dicampur
dengan galur S yang dimatikan dengan pemanasan menyebabkan mencit mati,
pneumococci galur S hidup ditemukan di mencit yang mati.
Animasi 1: Percobaan Griffith
hendro pramono fakultas biologi unsoed purwokerto 2010
2
O.T. Avery, C.M. MacLeod, dan M. J. McCarty in 1944 berhasil mengungkap senyawa yang
bertanggung jawab dalam fenomena transformasi pada percobaan Griffith. Peneliti ini merusak
senyawa ini secara selektif menggunakan enzim-enzim yang menghancurkan DNA, RNA, atau
protein. Senyawa-senyawa tersebut kemudian disuntikan ke galur pneumococci nonvirulen.
Transformasi bakteria nonvirulen tidak terjadi jika DNA dirusak. (Gb 1.2). Hasil penelitian Avery,
MacLeod, dan McCarty membuktikan bahwa DNA adalah materi genetik, yang berperan dalam
transformasi.
Sel R + polisakarida sel S murni  Koloni R
Sel R + protein sel S murni
 Koloni R
Sel R + RNA sel S murni
 Koloni R
Sel R + DNA sel S murni
 Koloni S
Ekstrak sel S + protease + sel R  Koloni S
Ekstrak sel S + Rnase + sel R
 Koloni S
Figure 1.2 Percobaan Prinsip Transformasi. Ringkasan percobaan Avery, MacLeod, dan McCarty
tentang prinsip transformasi. Hanya DNA yang dapat mengubah sel R menjadi S, dan pengaruhnya
hilang ketika ekstrak diberi perlakuan deoksiribonuklease. Jadi, DNA membawa informasi genetik
yang diperlukan untuk mentransformasi R menjadi S.
Beberapa tahun kemudian (1952), Alfred D. Hershey dan Martha Chase melakukan beberapa
percobaan dan membuktikan bahwa DNA adalah materi genetik bakterifaga T2. Hershey dan Chase
melabel DNA virus radioaktif 32P atau protein selubung (coat) viral dengan radioaktif with 35S.
Mereka menyampurkan bakterifaga berlabel radioaktif tersebut dengan Escherichia coli dan
menginkubasi campuran tersebut selama beberapa menit. Suspensi tersebut kemudian diagitasi
menggunakan blender untuk melepaskan partikel bakteriofaga yang menempel (Gb. 1.3 dan Animasi
1). Setelah suspensi disentrifugasi, radioaktif dalam supernatan dan pelet bakteri diukur. Mereka
mendapatkan bahwa sebagian besar protein radioaktif berada dalam supernatan, sedangkan DNA
berlabel radioaktif terdapat dalam pelet sel E. coli.
Figure 11.3 The Hershey-Chase Experiment. (a) Ketika E. coli diinfeksi faga T2 yang mengandung
protein berlabel 35S, sebagian besar radioaktif tetap berada di luar sel inang. (b) Ketika faga T2 yang
mengandung DNA berlabel 32P dicampur dengan sel inang, DNA berlabel masuk ke dalam sel dan
anakan faga diproduksi. Jadi, DNA membawa informasi genetik virus.
hendro pramono fakultas biologi unsoed purwokerto 2010
3
Animasi 2: Percobaan Hershey-Chase
1. Pada percobaan HersheyChase, virus bakteri,
disebut faga, digunakan
untuk menunjukkan
bahwa DNA adalah materi
genetik. Faga yang
digunakan dalam
penelitian ini terdiri dari
molekul DNA yang
diselubungi protein (coat).
2. Ketika fage meinfeksi
bakteriofaga, fage akan
melekat pada permukaan
bakteria dan
menyuntikkan DNA ke
dalam sel bakteria.
Selubung protein faga
tetap berada di bagian
luar sel.
3. Pada percobaan pertama, faga didedahkan dalam medium yang mengandung asam amino
berlabel radioaktif 35S. Hal ini mengakibatkan populasi faga dengan protein berlabel 35S, tetapi
tidak ada label radioaktif dalam DNA
4. Faga berlabel tersebut kemudian digunakan untuk menginfeksi bakteria
5. Faga melekat ke sel bakteria dan menyuntikkan DNAnya, tetapi selubung protein yang diberi label
radioaktif tetap berada di luar sel bakteri.
6. Faga yang dihasilkan dalam sel-sel ini tidak mengandung radioaktif
7. Kekuatan getaran menyebabkan mantel protein kosong terlepas, tapi tidak mempengaruhi
produksi fage baru dalam sel
8. Pada percobaan kedua, fage didedahkan dalam medium yang mengandung dNTAP berlabel-32P.
Hal ini mengakibatkan populasi fage dengan label-DNA 32P, tetapi tidak ada label radioaktif dalam
protein
9. Ketika fage yang menginfeksi bakteria, label-DNA 32P memasuki sel bakteri dan dapat ditemukan
dlm fage yg kemudian dihasilkan dalam bakteria yang terinfeksi
10. Hal ini menunjukkan bahwa DNA, tetapi bukan protein, membawa informasi genetik untuk
generasi baru fage
hendro pramono fakultas biologi unsoed purwokerto 2010
4
Kajian tentang genetika virus dan bakteria selanjutnya memainkan peran penting dalam
perkembangan genetika molekuler. Selain itu, perkembangan teknologi DNA rekombinan saat ini
dimungkinkan karena kemajuan penelitian genetika bakteria dan virus. Riset genetika mikroba
sangat berperan penting terhadap biologi sebagai sains dan tekonologi yang mempengaruhi
kehidupan sehari-hari.
Gambar 1.4 Hubungan antara DNA,
RNA, dan sintesis protein. Konsep ini
seringkali dikenal sebagai dogma
sentral.
Para ahli biologi telah lama mengetahui hubungan DNA, RNA,
dan protein (Gb. 11.4), dan pemahaman ini mengarahkan
banyak penelitian selama beberapa dekade yang lalu. DNA
disalin secara tepat selama sintesisnya atau replikasi. Ekspresi
informasi yang disandi urutan DNA mengawali sintesis salinan
RNA dari urutan DNA (gen). Gen adalah segmen atau urutan
DNA yang menyandi polipeptida, rRNA, atau tRNA. Walaupun
DNA mempunyai dua untai komplementer, namun hanya satu
untai yang disalin menjadi mRNA . Proses sintesis RNA dari
DNA disebut transkripsi.
RNA yang membawa informasi DNA dan mengarahkan sintesis
protein disebut messenger RNA (mRNA). Tahap terakhir
ekspresi gen adalah translasi atau sintesis protein. Informasi
genetik dalam bentuk urutan nukleotida mRNA ditranslasi dan
mengarahkan sintesis protein. Jadi urutan asam amino protein
adalah refleksi langsung urutan basa mRNA.
hendro pramono fakultas biologi unsoed purwokerto 2010
5