Genom Kloroplas 1

Genom Kloroplas
Eva Sartini Bayu
Program Studi Budidaya Pertanian
Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara
I. PENDAHULUAN
Kloroplas berasal dari protoplastid kecil (plastid yang belum dewasa, kecil, dan hampir
tak berwarna, dengan sedikit atau tanpa membran dalam). Protoplastid membelah pada saat
embrio berkembang, dan berkembang menjadi kloroplas ketika daun dan batang terbentuk. Tiap
kloroplas dikelilingi oleh sistem atau selimut membran ganda yang mengatur lalu lintas molekul
keluar masuk kloroplas. Pada bagian tertentu kloroplas terdapat tumpukan tilakoid yang disebut
grana.
Di kloroplas terdapat DNA, RNA, ribosom dan tentu saja berbagai enzim. Semua
molekul ini sebagian besar terdapat di stroma, tempat berlangsungnya transkripsi dan translasi.
DNA kloroplas (genom) terdapat dalam 50 atau lebih lingkaran jalur-ganda melilit dalam tiap
plastid. Berbagai gen plastid menyandi semua molekul RNA-pemindah (sekitar 30), dan molekul
RNA-ribosom (empat) yang digunakan oleh plastid untuk translasi. Kira - kira 85 gen seperti ini
menyandi protein yang terlibat dalam transkripsi, translasi dan fotosintesis, tapi sebagian besar
protein di plastid disandi oleh gen nukleus.
Kloroplas DNA, dapat diperoleh dari suatu jenis tanaman hijau, dari alga sampai
tumbuhan angiospemae, perbedaannya sangat kecil dari mtDNA kecuali dari bentuknya.
Biasanya berbentuk bundar atau lingkaran, dengan panjang sekitar 37µm - 44 µm, ukuran dari
berat molekul kira -kira 1 x 107 dalton. Bahan ekstrak atau sari dari chlDNA bisa dari selada,
kacang polong, gandum, Euglena, dan Chlamidomonas, yang menunjukkan kesamaan ukuran
dalam bentuk lingkaran, tetapi untuk alga laut, Acetabularia mediterranea, dihasilkan panjang
molekul diatas 200 um dan dengan berat molekul kira -kira 1 x 109 dalton. Apakah itu seperti
panjang molekul yang mewakili kloroplas genome tunggal atau beberapa yang menyusun keduaduanya yang belum diketahui. Molekul lurus sudah ditemukan dalam pengujiaan seluruh spesies,
tetapi itu kelihatannya hasil dari siklus pemecahan.
II. GENOM KLOROPLAS
Kloroplas adalah organel seluler yang hanya ditemukan pada tumbuhan hijau dan protista
yang berfotosintesis, dan mereka mampu melakukan fotosintesis di sel. Kloroplas memiliki
dinding ganda yang melindungi bagian dalam, klorofil terdiri dari struktur lameral protein dan
kaya akan stroma. Seperti halnya mitokondria, kloroplas memiliki genom mereka sendiri,
walaupun kita tidak tahu banyak mengenai genom kloroplas seperti yang kita ketahui tentang
genom mitokondria.
Struktur dan Replikasi
Struktur dari genom kloroplas sama dengan struktur genom mitokondria. Seperti
diketahui, DNA tersusun atas utas ganda, berpilin, dan terdiri dari struktur protein. DNA
kloroplas lebih besar dari pada DNA mitokondria hewan, dengan ukuran antara 80 kb hingga 600
kb. Barisan DNA dari genom kloroplas dari setiap individu sudah terdeteksi. Sebagai contoh,
1
e-USU Repsoitory ©2005 Universitas Sumatera Utara
genom Tembakau adalah 155,844 bp; dan genom Padi adalah 134,525 bp. Semua genom
kloroplas terdiri dari banyak barisan DNA yang tidak bertenda.
Jumlah tiruan dari DNA kloroplas pada setiap kloroplas bervariasi setiap spesies. Dalam
hal mi ada tiruan ganda dari setiap kloroplas, semua ditemukan pada daerah nukleus ganda yang
juga menghasilkan tiruan ganda. Pada individu uniseluler seperti alga hijau Chlomydomonos, satu
kloroplas dalam sel terdiri antara 500 sampai 1500 molekul DNA kloroplas.
Organisasi Gen Pada DNA Kloroplas
Genom kloroplas terdiri dari dua gen, pada setiap kloroplas terdapat RNA ribosom (16 S;
23 S; 4,5 S; 5 S). Berbeda dengan DNA mitokondria yang hanya memiliki satu tiruan gen.
Genom juga terdiri dari gen untuk RNA transfer, dan gen untuk yang lainnya, tetapi bukan
semuanya, susunan protein untuk transkripsi dan translasi dari gen yang sudah ditandai pada
kloroplas (seperti protein ribosom, sub unit RNA Polimerase, dan faktor-faktor translasi) atau
untuk proses fotosintesis. Intron ditemukan pada beberapa, tetapi tidak pada semua kode protein
dan gen RNA transfer pada DNA kloroplas. Protein lain ditemukan dalam kloroplas adalah gen
inti (nukleus).
Ukuran yang besar dari molekul ini, adalah suatu perbandingan dari mtDNA, yang akan
memberikan suatu kesan yang lain yang mana pada bahan substansi lebih, struktur pengkodean
gen untuk protein-protein terdapat didalam chloroplas genome.
Plastid, seperti mitokondria yang mempunyai alat produksi ribosomal sendiri. Di dalam
jagung, gen RNA disalin menjadi bagian dari suatu 20000 nukleotide pasangan membalikkan
pengulangan, dengan 5S rDNA berbatasan sampai 23S rDNA, karena itu adanya didalam E. Coli,
dan dengan pemisahan keduanya dari 16S rDNA oleh alat pengatur dasar. Dalam sel eukariot
kadang-kadang perbandingannya, rangkaian 28S dan 18S rDNA yang bersebelahan satu sama
lainnya, sedangkan rangkaian 5S rDNA ditempatkan dimana saja didalam gen.
Translasi Di Kloroplas
Sintesis protein kloroplas menggunakan organel yang spesifik seperti 70 S Ribosom yang
terdiri dari 50 S dan 30 S sub unit Sub unit 50 S terdiri dari satu tiruan seperti 23 S, 5 S, dan 4,5 S
RNA Ribosom. Dan sub unit 30 S terdiri dari satu timan 16 S RNA Ribosom. Jumlah protein
ribosom pada setiap sub unit ribosom kurang dibatasi dengan baik; beberapa adalah kode nukleus
(inti) dan beberapa adalah kode kloroplas. Sintesis protein dalam kloroplas sama dengan proses
pada organisme prokariot. RNA transfer digunakan untuk menentukan semua protein, dan
kloroplas menggunakan organel spesifik penyebab inisiasi (Ifs), penyebab pemanjangan (Efs),
dan penyebab pelepasan (RFs). Kode genetik universal digunakan dalam sintesis protein
kloroplas. Seperti ribosom mitokondria, ribosom kloroplas resisten terhadap siklus tengah segi
enam, penghambat dari ribosom sitoplas, tetapi sebenarnya sangat sensitif pada semua
penghambat sintesis protein pada prokariot. Dengan menggunakan antibiotik esensial denganjalan
yang sesuai, kita bisa mendeskripsikan sintesis dari sub-sub unit protein mitokondria dan sintesis
protein kloroplas. Protein yang penting pada kloroplas adalah ribulosa biposfat karboksilase,
enzim pertama yang digunakan pada proses fiksasi dari karbon dioksida pada proses fotosintesis.
Enzim ini merupakan protein penting dan ditemukan pada kloroplas semua tanaman berembun.
Sejak tersusun sekitar 50 % protein yang ditemukan pada tumbuhan hijau berembun, enzim im
menjadi protein terkenal di dunia. Ribulosa biposfat karboksilase terdiri dari delapan polipeptida,
empatjenis ukuran kecil dan empat jenis ukuran besar. Polipeptida ukuran kecil ditandai dengan
sebuah gen inti (nukleus), dan polipeptida yang besar ditandai dengan sebuah gen kloroplas.
Sisa kromosom diringkaskan pada waktu sebelumnya dalam beberapa spesies, sedangkan
yang lain dari mereka boleh menjalani proses perobahan transkripsi dan translasi. Dari analisis
kimia kromatin pada spesies dinoflagellata menunjukkan kehadiran RNA yang sangat kecil
didalam kromosom, dan protein yang berkumpul ditempat kromosom adalah suatu bentuk massa
kromatin yang lebih kecil dibandingkan ciri khas dari sel eukariotik. Demikian, periakuan
2
e-USU Repsoitory ©2005 Universitas Sumatera Utara
pemotongan material dengan DNase memperoleh hasil yang jauh lebih baik dari DNA, tetapi
sebenamya bukan pengurangan protein. Bagaimanapun, sedangkan sedikitnya jumlah protein
dasar dan oleh karena itulah kelihatan seperti histon eukariotik yang umum. Satu diantara mereka
dapat menggerakkan electrophoretic yang benar - benar mirip dengan histon 4 dari jagung. Dalam
hal ini, DNA dinoflagellata adalah benar-benar unik dalam ketinggian, tetapi faktomya yang
tetap, bentuk (12% - 68%) dari hydroxymethyluracil menggantikan timin, ketika rangkaian
nukleotida diketahui hanya dalam DNA diperlukan virus yang dapat menginjeksi Bacillus
subtilis. Juga, beberapa spesies mengandung sejumlah bahan 5-methylcytosme-16% dalam
Exaviaella cassubica sedangkan spesies yang lain Peridinum triquetrum, mengandung 2%-3%
methyladenine. Yang terakhir dua rangkaian nukleotida tidak dikenal dalam sel eukariotik, tetapi
mereka sekarang ditemukan dalam sejumlah indikasi. Ciri khas periode S eukariotik pada sintesis
DNA sudah jelas dalam sebuah pengujian semua spesies yang sudah terlalu jauh.
Benang-benang DNA dapat diketahui dengan mikroskop elektron dalam kromosom dari
dinoflagellata, tetapi sisa struktur yang sebenamya masih diragukan. Oakley dan Dodge
memperlihatkan, bahwa analisa mikrographik elektron pada sebuah bagian, mengatakan
kromosom dari Glenodinium hallii pada metafase akan bergulung, dua kromatid-kromatidnya
akan berlilit satu sama lain disekeliling sebuah pita electrik ketika terlempar kedalam gulungan.
Kromatid-kromatid ini, bagaimanapun kelihatannya tidak mempunyai gambaran akhir dimana
kekuatannya memberi kesan bahwa kromosom itu melingkar, adalah suatu keistimewaan
prokariotik. Bagaimanapun suatu komosom, yang diringkaskan selama siklus sel, dapat
mereplikasi memisah ke dalam masing-masing sisa kromatid, walaupun keberadaan Y dan V
bentuk wujud di dalam profase tidak menandai adanya hambatan dari struktur lingkaran.
Ini tidak sekuat kenyataan seperti kromosom politen. Dalam studi induksi mutasi
menunjukkan bahwa dinoflagella adalah haploid. Reproduksinya secara seksual dan meiosisnya
sudah dapat diamati, hanya pada fase zygot yang diploid selama daur hidupnya. Selanjutnya
eukariotik yang terpenting adalah DNA berulang, jumlah dalam beberapa jenis sebanyak 55%
tentang genom.
Isilah mesokariot adalah suatu nilai ragu-ragu yang tujuannya adalah untuk menyiratkan
bahwa organisme mi adalah transisi atau peralihan antara prokariot dan eukariot. Loeblich,
menyatakan sesungguhnya mengklasifikasikan dinoflagella kedalam eukariot dan menyatakan
bahwa mereka mungkin telah meningkatkan penetapan sebelum penuh dengan wama sel eukariot
yang utama dan struktur kromosom. Kemungkinan dukungan ini datang dari konsep pada
pengamatan tentang Glenodimum foliaceum, dua nukleus ini mempunyai perbedaan yangjelas
satu sama lainnya, satu yang bertipe mesokariote dengan kromosom - kromosom dan yang
satunya lagi eukariot, dengan pembelahan diffusi pada saat interfase, jelas heterokromatin, dan
sebuah inti dengan rongga-rongga.
Adapun salah satunya turunan dari yang lain seperti makro nukleus adalah turunan dari
mikronukleus pada beberapa protozoa tidak dapat ditunjukkan, tetapi keseimbangan itu jelas
kelihatan pada dinoflagellata pada bagian eukariotik pada taksonominya, meskipun itu adalah
kesamaan yang sudah merata diikuti oleh lintasan evolusi mereka sendiri (Swanson dkk, 1981).
Keunggulan Mitokondria dan Kioroplas dalam Sintesis Protein
Energi organel adalah komponen eukariotik sel, tetapi integral corak tertentu
menunjukkan bahwa mereka pantas dipertimbangkan, baik jumlah struktural dan fungsionalnya.
Sebagai contoh, sistem membran intemal mereka, yang terorganisir dalam susunan yang rapi dan
spesifik untuk menyelesaikan reaksi penting dan spesifik bagaimana membuat energi tersedia
untuk sel, dan acuan/matriks mereka yang mengandung air terpisah dari sisa dari sitoplasma oleh
membran lain. Dengan kata lain, bukan tidak mungkin mitokondria maupun kloroplas
muncul/bangkit, tetapi dari pertumbuhan dan divisi dari mitochondria yang lain dan plastid. Kita
juga mengetahui bahwa mitokondria dankloroplas terdiri dari DNA yang bisa bereplikasi; RNA
yang bisa mendorong sintesa protein; dan ribosom sebagai mesin atau tempat untuk sintesa
3
e-USU Repsoitory ©2005 Universitas Sumatera Utara
protein. Bagaimanapun, DNA dan sistem sintesa protein memiliki perbedaan yang signifikan dari
sistem kerja inti/nukleus dan sitoplasma, walaupun ditemukan persamaan dalam sel prokariot.
Sebagai contoh, beberapa molekul DNA yang berada pada jalur lingkaran, dan keduanya (organel
ribosom dan komponen RNA) jarang ditemukan pada pinggiran sitoplasma di luar organel. Ini
menunjukkan bahwa organel DNA mengerjakan kode untuk sedikitnya salah satu organel protein,
dan mutasi tertentu yang mempengaruhi struktur dan aktivitas mitokondria atau kloroplas, yang
dikenal untuk menunjukkan kelebihan dari sitoplasma dibandingkan yang biasa dikerjakan
nukleus. Ada juga bukti baik yang menunjukkan molekul organel ribosom dan RNA transfer,
yang ditranskripsikan dari organel DNA dan sintesa protein dari beberapa organel yang terjadi
pada ribosom. Bagaimanapun juga bahan yang dilibatkan dalam pembentukan RNA messenger,
diperoleh dari inti/nukleus dan dari organel DNA; tetapi kloroplas dan mitokondria memegang
peranan sendiri dalam sintesis komponen mereka.
Kedua derajat tingkat otonomi yang ditunjukkan oleh kloroplas dan mitochondria, dan
struktur serta corak biokimia yang mereka tunjukkan pada alga hijau-biru dan bakteri, sudah
menunjukkan asal-usul simbiotik dari organel ini; dimana, mereka menunjukkan bahwa tidak
perlu dalam jumlah besar, tetapi merupakan unsur esensial (mutlak diperlukan) di dalam sel.
Berdasarkan perkembangan evolusi, berdasarkan hipotesis ini, peran mereka di dalam lingkungan
simbiotik telah menjadi berubah fungsi menjadi lebih sulit (Swanson and Webster, 1989).
III. KESIMPULAN
1. DNA tidak hanya terdapat di inti sel tetapi DNA terdapat juga dalam kloroplas.
2. Semua genom kloroplas terdiri dari banyak barisan DNA yang tidak bertenda.
3. kloroplas menggunakan organel spesifik penyebab inisiasi (Ifs), penyebab pemanjangan
(Efs), dan penyebab pelepasan (RFs).
4. mitokondria dan kloroplas memilki organel yang mampu mensintesis protein sendiri.
5. RNA messenger, diperoleh dari inti/nukleus dan dari organel DNA.
DAFTAR PUSTAKA
Lab. Sitogenetika., Extranuclear Genetics. Chapter 20.
Salisbury F.B dan C. W Ross., 1995. Fisiologi Tumbuhan. Jilid 2. ITB-Press, Bandung.
Swanson C.P., Merz T., Young W.J., 1981. Cytogenetics, the chromosome in Division,
Inheritance and Evolution. Second edition. Prentice-Hall,Inc, Englewood ClifFs.
Swanson C.P aw/P.L Webster., 1989. The Cell. Fourth Edition. Prentice-HallJnc, of Modem
Biology Series.
4
e-USU Repsoitory ©2005 Universitas Sumatera Utara