BAB
I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Satuan terkecil dari makhluk hidup adalah sel. Segala
aktivitas sel diatur oleh inti sel (nukleus). Di dalam inti sel terdapat
benang-benang kromatin (jika sel sedang tidak membelah). Struktur kromatin
seperti jala, tersusun atas benang-benang halus yang dapat menyerap zat warna.
Jika sel sedang membelah, benang-benang kromatin ini memendek dan menebal
membentuk struktur yang disebut kromosom. Kromosom tersusun atas molekul DNA
yang membawa keterangan genetik, oleh karena itu kromosom mempunyai arti
penting dalam genetika. Gen yang menentukan sifat suatu makhluk hidup dibawa
oleh struktur pembawa gen yang mirip benang dan terdapat di dalam inti sel
(nukleus). Nama kromosom diberikan oleh Waldeyer pada tahun 1888,
sedangkan Morgan pada tahun 1933 menemukan fungsi kromosom dalam
pemindahan materi-materi genetik.
Sintesis protein
terjadi di dalam sel, yaitu di dalam ribosom. Struktur dan aktivitas
protein ditentukan oleh urutan asam amino yang menyusunnya. Setiap macam protein
mempunyai urutan asam-asam amino yang spesifik. Emil Fisher merupakan
orang yang pertama berhasil menyusun molekul protein dengan cara
menggandeng-gandengkan 15 molekul glisin dengan molekul leusin sehingga
diperoleh suatu polipeptida. Asam amino yang satu dengan asam amino yang lain
dihubungkan dengan suatu ikatan yang disebut ikatan peptida.
B. Rumusan Masalah
1. Apa saja bahan genetik yang terdapat pada makhluk hidup?
2. Bagaimana susunan kimiawi dari AND dan ARN?
3. Bagaimana struktur dari AND dan ARN?
4. Bagaimana replikasi AND?
5. Apa yang dimaksud kode genetik?
6. Bagaimana mekanisme sintesis protein?
C. Tujuan Penulisan
1. Untuk mengetahui bahan genetik yang terdapat pada makhluk hidup?
2. Untuk mengetahui susunan kimiawi dari AND dan ARN?
3. Untuk mengetahui struktur dari AND dan ARN?
4. Untuk mengetahui replikasi AND?
5. Untuk mengetahui apa itu kode
genetik?
6. Untuk mengetahui mekanisme sintesis protein?
BAB II
PEMBAHASAN
A. Ayat Al-quran dan Kajiannya
Artinya
: Dia menciptakan kamu dari seorang diri kemudian Dia jadikan
daripadanya isterinya dan Dia menurunkan untuk kamu delapan ekor yang
berpasangan dari binatang ternak. Dia menjadikan kamu dalam perut ibumu
kejadian demi kejadian dalam tiga kegelapan. Yang (berbuat) demikian itu adalah
Allah, Tuhan kamu, Tuhan Yang mempunyai kerajaan. Tidak ada Tuhan selain Dia;
maka bagaimana kamu dapat dipalingkan?. (QS. Az-Zumar ; 6).
Kajian : Allah menciptakan kamu yaitu
makhluk hidup diciptakan dari sesuatu yamg hidup. Dari seseorang diri maksudnya
manusia diciptakan dari sebuah sel yang akan membentuk suatu sistem dalam
tubuh. Kemudian menciptakan makhluk hidup berpasangan maksudnya disini yaitu
manusia tercipta dari sel tunggal kemudian Allah menjadikannya sel diploid yang
berpasangan. Sel diploid yang akan berpasangan membentuk kromosom.
B. ADN (Asam
deoksiribonukleat)
Asam
deoksiribonukleat atau disingkat ADN
merupakan persenyawaan kimia yang paling penting pada makhluk hidup, yang
membawa keterangan genetik dari sel khususnya atau dari makhluk dalam
keseluruhannya dari satu generasi ke generasi berikutnya. ADN sangat menarik
perhatian para Biologiwan modern dalam abad ini, seperti halnya ahli kimia
serta fisika tertarik pada atom. Oleh karena ADN sangat erat hubungannya dengan
hampir semua aktipitas biologi, maka banyak sekali penyelidikan telah
dilakukan, bahkan kini masih harus berjalan untuk mengetahui lebih banyak lagi
tentang ADN. ADN menepati tempat utama dalam
sitologi (ilmu hal sel), genetika, biologi molekul, mikrobilogi, biologi
perkembangan, biokimia dan evolusi.
1. Sejarah
Molekul
ADN pertama-tama diisolir
oleh F. Miescher (1869) dari sel spermatozoz dan dari nukleus sel-sel darah
merah burung. Akan tetapi ia tidak dapat mengenal sifat kimianya yang pasti dan
menanamkannya sebagai nuklein. Dalam tahun 1880 Fischer dapat mengenal adanya zat-zat
pirimidin dan purin di dalam asam nukleat (yaitu adenin dan guanin) di dalam
asam nukleat itu, sehingga ia mendapatkan hadian Nobel dalam tahun 1910.
Levine, seorang ahli biokimia kelahiran Rusia mengenal gula 5 karbon ribose
dalam tahun1910 dan kemudian menemukan gula deoksiribose di dalam asam nukleat.
Ia juga menyatakan adanya asam pospat dalam asam nukleat. Robert Feulgen (1914)
menunjukkan suatu tes warna untuk ADN,
yang kemudian dikenal sebagai reaksi Feulgen. Avery, Macleod dan McCrthy (1944)
pertama-tama membuktikan bahwa ADN
mempunyai hubungan langsung dengan keturunan. Chargaff (1947) membuat studi
kimiawi dari ADN. Ia
membuktikan bahwa ADN
terdiri dari bagian yang sama dari bas apurin dan pirimidin dan bahwa adenin
dan timin terdapat dalam proporsi yang sama begitu pula sitosin dan guanin.
Wilkins dkk (1950) dengan cara diffraksi sinar-X menemukan, bahwa basa-basa
purin dan pirimisin di dalam molekul ADN
terletak dengan jarak 3,4 Å (1, angsrtom = 0,001 mikron = 0,000001 mm). Mereka
juga mengemukakakan bahwa molekul ADN
itu tidak berbentuk sebagai sebuhan garis lurus, melainkan berpilin sebagai
spiral an setiap 3,4 Å merupakan satu spiral penuh. Watson dan Crick (1953)
menyatakan bahwa molekul ADN
itu berbentuk spiral double yang berpilin (double helix) dan memperlihatkan
berbagai aktivitas dari molekul ADN.
Kornberg (1957) membuktiksn kebenaran model “double helix” dari ADN yang dikemukakan Watson dan
Crick dengan cara membuat molekul ADN
dalam sistem sel bebas. Dalam tahun 19 67 Kornberg membuat molekul ADN dari 6000 nukleotida.
2. Terdapatnya
Semua
makhluk hidup kecuali beberapa virus memiliki ADN. Di dalam sel bagian terbesar dari ADN terdapat di dalam nukleus
terutama dalm kromosom. Molekul ADN
juga ditemukan di dalam mitokondria, plastida, dan sentriol. Pada Paramecium, Tetrahymena, Amoebs proteus,
amphibia dan paku-pakuan, molekul ADN
terdapat dalam dasat sitoplasma.
3. Pengandungan AND dari nukleus
Banyaknya
ADN biasanya diukur dengan
pikogram, yaitu suatu mikrounit dari berat. Satu pikogram (1 pg) adalah sama
dengan 10-12 gram. Banyaknya ADN
konstan dari sel ke sel dan dari spesies ke spesies. Sebagai contoh, banyaknya ADN dari berbagai sel diploid
pada ayam ialah 2,5 pg. spermatozoanya terdapat hanya mengandung separuh
(kira-kira 1,25 pg) dari banyaknya ADN
dalam sel diploid.
Banyaknya
ADN dari sebuah sel juga
berhubungan erat dengan sifat ploidi atau jumlah kromosom dari sel itu. Sebagai
contoh, sel-sel hati yang bersifat tetraploid (4n) mengandung ADN dua kali lipat daripada banyaknya
ADN di dalam sel diploid.
Di
antara makhluk-makhluk Avertebrata, spons, dan Coelenterata mengandung ADN paling sedikit. Pada umumnya
banyaknya ADN
bervariasi dari satu spesies ke spesies lain. Banyaknya variasi itu tergantung
pula dari banyaknya spesies, misalnya pada Mammalia terdapat lebih sedikit
variasi jika dibandingkan dengan pada ikan, Amphibia dan burung.
4. Morfologi
Molekul
ADN dari sel-sel dengan nukleus
sejati mempunyai bentuk sebagai benang lurus dan tak bercabang, sedangkan pada
sel-sel tanpa nukleus sejati, mitokondria dan plastida molekul ADN berbentuk lingkaran.
Ukuran
molekul ADN,
berbeda-beda dari satu spesies ke spesies lainnya. Pada mitokondria, molekul ADN mempunyai ukuran 5 u, pada
virus lebih panjang, sedang molekul ADN
tunggal pada sel bakteri berukuran 1,4 mm.
Dalam
sel –sel yang berinti sejati, beberapa orang peneliti menemukan molekul ADN dari berbagai ukuran, yaitu
50-60 u, 500 u, dan 1,6-1,8 mm.
5. Susunan kimiawi dari ADN
ADN merupakan susunan kimia
makromolekular yang komplek, yang terdiri dari 3 macam molekul, yaitu :
a.
Gula pentose, yang dikenal sebagai
deoksiribosa
Sumber : http://informasitips.com/struktur-dna-bentuk-komposisi-gambar-dan-penemunya
b.
Asam pospat
c.
Basa nitrogen, yang dapat dibedakan
atas dua tipe dasar :
1)
Pirimidin. Basa ini dibedakan lagi
atas sitosinin (S) dan timin (T)
2)
Purin. Basa ini dibedakan lagi atas
adenin (A) dan guanin (G).
Sumber : https://aryaagh.wordpress.com/tag/basa-nitrogen/
Pirimidin (sitosinin dan timin) dan purin
(adenin dan guanin) membentuk rangkaian kimiawi dengan deoksiribosa. Atom C 1’
dari gula deoksiribosa akan berhubungan dengan atom nitrogen pada posisi 1 dari
pirimidin atau pada posisi 9 dari purin. Molekul demikian ini disebut
nukleosida atau deoksiribonukleosida dan mereka ini dapat berlaku sebagai
prekursor elementer untuk sintesa ADN.
Akan tetapi, sebelum suatu nukleosida dapat menjadi bagian dari suatu ADN, ia harus bergabung dengan
gugus pospat untuk membentuk suatu nukleotida atau deoksiribonukleotida.
Empat macam
deoksiribonukleosida dan deoksiribonukleotida dapat dilihat pada tabel.
|
Basa
Nitrogen
|
Basa
+ deoksiribosa = deoksiribonukleotida
|
Deoksiribonukleotida
+ asam pospat = deoksiribonukleotida
|
Singkatan
dari nukleotida
|
|
1. Adenin
(A)
|
Deoksiadenosin
|
Asam
deoksiadenilin (Deoksiadenosin monopospat)
|
Damp
|
|
2. Guanin
(G)
|
Deoksiguanosin
|
Asam
deoksiguanilin (Deoksiguanosin monopospat)
|
dGMP
|
|
3. Sitosin
(S)
|
Deoksisitidin
|
Asam
deoksisitidilin (Deoksisitidin monopospat)
|
dSMP
|
|
4. Timin
(T)
|
Timidin
|
Asam
timidilin (Timidin monopospat)
|
TMP
|
Nukleotida yang
memiliki sebuah gugus pospat dinamakan nukleosida monopospat. Suatu contoh
adalah adenin deoksiribonukleosida monopospat atau disingkat dAMP.
Nukleotida dapat
pula mempunyai dua atau tifa gugu pospat (seperti ADP atau ATP) . inilah
nukleosida tripospar yang merupakan prekursor langsung untuk sintesa AND.
Tripospat dari empat deoksiguanosin tripospat (dGTP), deokksisitidin tripospat
(dSTP) dan timidin tripospat (TTP) merupakan persenyawaan yang kaya energi dan
terdapat bebas di dalam nukleoplasma serta sitoplasma.
Jelaslah bahwa
molekul ADN itu
merupakan sebuah polimer panjang dari nukleotida, yang dinamakan
polinukleotida. Gugus pospat yang terikat pada 5’ –C dari gula berhubungan
dengan 3’ –C dari gula milik nukleotida berikutnya. Begitu seterusnya, sehingga
terdapat seri panjang rangkaian 5’ – 3’ sepanjang polimer. Selanjutnya apakah
tulang punggung gula-pospat terbentuk, maka letak basa-basa pirimiin an purin
ditetapkan dengan pengertian, bahwa jarak sebuah basa dengan basa tetangganya
adalah 3,4 Å.
5. Perbandingan basa nitrogen dalam ADN
Chargaff (1948)
menemukan bahwa pengandungan ADN
dari nukleus timus anak sapi terdiri dari 4 basa dengan perbandingan: 28%
adenin, 24% guanin, 20% sitosin dan 28% timin. Sampel ADN yang didapatkannya dari
berbagai macam organisme hidup memperlihatkan pengandungan basa yang berlainan.
Namun bagaimanapun juga, hukum
ekivalen Chargaff yang dikemukakan dalam tahun 1950 menyatakan, bahwa:
a.
Jumlah purin adalah sama dengan jumlah
pirimidin (A+G= T+S)
b.
Banyaknya adenin sama dengan banyaknya
timin (A=T), demikian pula banyaknya guanin sama dengan banyaknya sitosin (G=S).
Hukum ini ternyata
berlaku universal (untuk berbagai macam organisme) seperti virus, bakteri,
tumbuhan dan hewan. Akan tetapi hewan tingkat tinggi pada umumnya mengandung
lebih banyak adenin dan timin, sedangkan guanin dan sitosin lebih sedikit. Misalnya
perbandingan AT/GS dari ADN manusia= 1,40:1. Sebaliknya ADN yang diisolir dari
berbagai macam mikroorganisme (virus, bakteri, tumbuh-tumuhan/hewan rendah)
pada umumnya kaya akan guanin dan sitosin dan relatip miskin akan adenin dan
timin. Misalnya perbandingan AT/GS dari ADN bakteri mycobacterium tuberculosis adalah 0,60:1. Perbedaan dalam ratio
AT/GS dari mikroorganisme makhluk tingkat tinggi itu member petunjuk bahwa ada
perbedaan formasi genetik yang dibawa oleh molekul herediter itu. Petunjuk tadi
tentu mempunyai arti sangat penting untuk keperluan filogen, evolusi dan
taksonomi.
6. Pertimbangan Watson dan Crick dalam
konstruksi model molekul ADN
Orang
yang pertama-tama mengemukakan gagasan tentang struktur tiga dimensional dari
ADN adalah W.T. Astbury (1940) berdasarkan hasil studi kristalografi sinar-X
dari molekul ADN mengambil kesimpulan bahwa karena ADN itu sangat padat, maka
polinukleotida yang menyusunnya berupa timbunan nukleotida pipih yang
masing-masing nukleotida itu mempunyai jarak 3,4Å.
Studi
kristalografi sinar-X oleh Astbury itu kemudian dilanjutkan Wilkins, yang
berhasil mempersiapkan serabut-serabut ADN, sehingga memungkinkan pembuatan
foto melalui diffraksi sinar-X. salah seorang temannya wanita bernama Rosalind
Franklin berhasil membuat foto fraksi sinar-X yang sangat bagus dan membenarkan
penemuan Astbury serta mengemukakan pendapatnya , bahwa molekul ADN itu
mempunyai stuktur seperti spiral.
Berdasarkan foto yang diambil oleh Franklin itu, Watson
dan Crick dalam bulan April 1953 segera dapat mengambil kesimpulan, bahwa:
a.
Deretan polinukelotida ADN mempunyai
bentuk sebagai spiral teratur.
b.
Spiral itu mempunyai diameter
kira-kira 20 Å, dan lebar spiral itu tetap.
c.
Spiral itu membuat satu putaran
lengkap setiap 34 Å dank arena jarak internukleotida itu 3,4 Å, maka tiap
putaran lengkap terdiri dari nukleotida.
d.
Mengingat bahwa molekul ADN itu sangat
padat, maka spiral ADN itu tentu duplex (terdiri dari dua buah spiral), yang
mengandung dua deretan polinukleotida.
7. Model struktur ADN menurut Watson dan
Crick
Menurut Watson dan
crick molekul ADN itu berbentuk sebagai dua pita spiral yang saling berpilin (“double helix”). Di bagian luar terdapat
deretan gula-pospat (yang membentuk tulang punggung dari “double helix”). Di bagian dalam dari “double helix” terdapat basa purin dan pirimidin.
Dua polinukleotida
yang berhadapan dihubungkan oleh atom hidrogen, yaitu antara pasangan purin dan
pirimidin tertentu . adenine hanya dapat berpasangan dengan timin, yang
dihubungkan oleh dua atom H, sedangkan guanine hanya dapat berpasangan dengan
sitosisn yang dihubungkan oleh tiga atom H. jadi dua deretan nukleotida itu
komplementer satu dengan lainnya, artinya urutan nukleotida dalam satu deret
mendikte urutan nukleotida dari deret pasangannya.
Kecuali itu, dua
pita spiral itu masing-masing melingkar kea rah yang berlawanan dan menuju ke
kanan. Oleh karena satu lingkaran lengkap panjangnya 34 Å, sedangkan jarak
antara satu nukleotida dengan yang lain adalah 3,4 Å, maka pada setiap
lingkaran penuh terdapat 10 mononukleotida. Sesuai dengan rumus bangun dari
masing-masing basa, maka sitosin (S) yang berhadapan dengan guanine (G)
dihubungkan oleh 3 atom H, sedang adenin (A) yang berhadapan dengan timin (T)
dihubungkan oleh 2 atom H.
8. Denaturasi dan Renaturasi dari ADN
Dua buah pita
polinukleotida yang berbentuk “double
helix” dalam molekul ADN itu dihubungkan oleh atom H yang sangat lunak.
Jika suatu larutan yang mengandung ADN dipanasknan atau dibubuhi alkali yang
kuat, maka hubungan hidrogen itu menjadi labil dan putus. Dua pita spiral dari
molekul ADN itu membuka. Proses ini dinamakan denaturasi ADN. Jika larutan tersebut kemudian didinginkan kembali
atau dinetralisisr secara perlahan-lahan, maka trebentuklah pasangan-pasangan
basa itu kembali. Peristiwa ini dinamakan renaturasi.
Kedua proses tersebut telah dilakukan oleh J. Marmur dalam tahun 1963.
Renaturasi ADN
mempunyai arti penting dalam biologi molekuler, karena antara lain dapat
digunakan untuk membuat molekul-molekul hybrid antara ADN dari spesies yang
berlainan, asal ada homologi dalam urutan basa. Dengan demikian, maka kemampuan
hibridisasi ADN ini dapat mencerminkan berapa jauh terdapatnya persamaan
genetik antara berbagai spesies itu. Bahkan potongan dari sebuah pita tunggal
dari molekul ADN dapat dibuat hibrid dengan ARN (asam ribonukleat) yang berasal
dari sumber lain. Berhubung dengan itu dpata diperoleh hybrid ADN-ADN atau
ADN-ARN. Namun tanpa adanya homologi dalam urutan basa, tidak mungkin
hibridisasi dilangsungkan.
9. Replikasi ADN
Sebagai pembawa keterangan genetik,
ADN memilki dua fungsi yang amat penting, ialah:
a.
Fungsi heterokatalitis, yaitu karena
ADN langsung dapat mensintesismolekul kimiawi lainnya (seperti mensintesa ARN,
protein, dsb.).
b.
Fungsi autokatalitis, yaitu karena ADN
dapat mensintesa dirinya sendiri.
Disini akan
diuraikan fungsi autokatalitis dari ADN saja. Peristiwa replikasi ADN pertama
kali diselidiki Taylor dan kawan-kawan (1957). Mereka menggunakan nitrogen
radioaktif N15 dilembagakan dalam timidin (senyawa antara timin dan
deoksiribosa). Setelah ujung akar tanaman yang digunakan pada percobaan itu
dimasukan ke dalam medium yang mengandung timidin radioaktif, maka
kromosom-kromosom dari sel-sel pada ujung akar itu menunjukkan adanya bahan
radioaktif. Hasil yang diperoleh dari Taylor dan kawan-kawan itu diperkuat oleh
penelitian Meselson dan Stahl (1958) dengan menggunakan N dalam bentuk N15O3
pada bakteri Escherchia coli. Setelah
sel bakteri itu membelah, ternyata sel-sel anakannya mengandung bahan
radioaktif itu pula.
Model “double helix” dari molekul ADN menurut
Watson dan Crick dengan mudah menerangkan fungsi autokatalis dari ADN, yaitu
bahwa ADN dapat mensintesa dirinya sendiri. Karena berpasangannya basa
memperlihatkan sifat yang khas, maka urutan basa dalam satu deretan dengan
sendirinya menentukan urutan basa pada deretan komplementernya. Jadi tiap pita
dari “double helix” dapat berlaku
sebagai pencetak pada sintesa pita yang lain. Menurut Watson dan Crick,
replikasi molekul ADN dimulai dengan putusnya ikatan hidrogen yang kemudian
diikuti oleh berputarnya dan memisahnya kedua pita polinukleotida. Pita tunggal
yang bebas itu lalu membentuk pita komplementernya yang baru.
Proses ini
dipengaruhi oleh enzim ADN-polimerase.
Arthur Kornberg (1969), pemenang hadiah nobel meneliti proses sintesa dari ADN
dan membuat ADN in vitro (di luar benda hidup) dengan menggunakan enzim
Kornberg (ADN-polimerase 1). Kemudian ia berpendapat bahwa enzim Kornberg yang
mempengaruhi replikasi ADN. Akan tetapi kemudian terbukti bahwa pendapat itu
tidak benar, karena enzim Kornberg
bukanlah enzim yang sebenarnya yang berperan pada replikasi ADN. Enzim tersebut
hanya merupakan katalisator pada pembentukan internukleutida dari ADN.
Setelah replika
ADN selesai terbentuklah dua pasang “double helik”, sedangkan sebelumnya hanya
sepasang “double helix” saja.
Berdasarkan
pengamatan ADN, yaitu secara :
a.
Semikonserpatip. Dua pita spiral dari
“double helix” memisahkan diri. Tiap pita tunggal dari “double helix” parental
ini berlaku sebagai pencetak (model) untuk membentuk pita pasangan yang baru.
b.
Konserpatip. “Double helix” parental
tetap utuh, tetapi keseluruhannya tetap encetak “double helix” baru.
c.
Dispersip. Kedua buah pita dari
“double helix” parental terputus-putus. Segmen-segmen ADN parental dan
segmen-segmen ADN yang dibentuk baru saling bersambungan dan menghasilkan dua
“double helix” baru.
10. Eksperimen Meselson-Stahl
Pada
waktu Watson dan Crick mengemukakan bahwa molekul ADN itu mempunyai struktur
sebagai “double helix” di mana basa-basa komplementer letaknya berpasangan,
maka mereka berpendapat bahwa replika molekul ADN berlangsung secara
semikonserpatip. Pendapat tersebut di benarkan oleh M.S. Meselson dan F.W.
Stahl yang dalam tahun 1958 menerbitkan hasil eksperimen mereka yang dilakukan
berkali-kali pada bakteri E.colli. mereka dapat menunjukan bahwa kromosom (kini
dikenal mengandung sebuah “double helix” ADN) bakteri tersebut mengadakan
replika secara semikonserpatip.
Meselson
dan Stahl memelihara sel-sel bakteri E.colli
selama beberapa replika generasi dalam media dimana di gunakan isotop berat
dari nitrogen (15N) di samping isotop ringan normal (14N). Basa purin dan
pirimidin dalam ADN mengandung nitrogen. ADN dari sel-sel yang tumbuh pada
medium dengan 14N akan mempunyai kepekatan lebih tinggi dari papa ADN dari
sel-sel yang tumbuh pada medium dengan 14N(gambar. III-15). Molekul-molekul
yang mempunyai kepekatan berbeda-beda dapat dipisahkan dengan cara sentrifuse
derajat kepekatan ekulibrium. Dengan mengikuti adanya perubahan kepekatan ADN
dari sel-sel yang tumbuh pada medium 15N kemudian di pindahkan ke medium 14N
selama beberapa generasi, Meselson dan Stahl dapat membedakan adanya
kemungkinan tiga cara replika ADN.
Meselson
dan Stahl mengambl sel-sel yang telah tumbuh pada medium 15N selama beberapa
genersi (berarti telah mengandung ADN “berat”), mencucinya dan memindahkannya
ke medium yang mengandung 14N. Setelah sel-sel ini dibiarkan tumbuh untuk
beberapa waktu ADN di pisahkan dan di angalisis dengan cesium chlorida (CsCI).
Semua ADN yang di isolir dari sel-sel
setelah satu generasi dalam medium 14N memiliki kepekatan separoh dari
kepekatan ADN “berat” dan ADN “ringan”. Kepekatan pertengahan ini di namakan
kepekatan hibrid. Setelah pertumbuhan dua generasi dalam medium 14N, maka
separoh dari ADN mempunyai kepekatan hibrid dan separohnya lagi mempunyai
kepekatan ringan. Hasil ini persis mengikuti replika semikonserpatp seperti
yang di ramal Watson dan Crick. Satu generasi dari “double helix” parental yang
mengandung 15N dalam medium 14N akan menghasilkan dua “double helix”, yang masing-masing
memiliki 15N dalam satu pita (pita lama) dan 14N dalam pita pasanannya (pita
baru). Molekul demikian memiliki kepekatan hibrid. Jika replika berlangsung
secara konserpatip, tidak akan dihasilkan molekul ADN dengan kepekatan hibrid.
Begitu juga setelah satu generasi maka separoh dari ADN akan tetap “berat” dan
separoh lainnya akan berupa ADN “ringan”. Sedangkan andaikan kata replika
berlangsung secara dispersip, Meselson dan Stahl akan melihat adanya perubahan
ADN dari “berat” ke “ringan” pada setiap generasi. Meselson dan Stahl dapat
membuktikan bahwa hasil eksperimen mereka sama sekali tidak konsisten dengan
teori replika secara konserpatp maupun dispersip.
Eksperimen-eksperimen
berikutnya membuktikan pula bahwa replika secara semikonserpatp berlaku juga
untuk tumbuh-tumbuhan dan hewan tingkat tinggi.
11. Replika kromosom bakteri
Penelitian
tentang replika kromosom bakteri untuk pertama kali di lakukan oleh J. Cairns
dalam tahun 1963 dengan menggunakan teknik autoradiografi, yaitu suatu cara
untuk mendeteksi dan melokalisir isotop-isotop radioaktip di dalam sel dengan
meletakkannya dalam emulsi fotografis yang peka terhadap energi radiasi rendah.
Cairns
menumbuhkan sel-sel E.colli dalam medium
yang mengandung 3H-timidin untuk beberapa waktu dan berhati-hati sekali
mengumpulkan kromosom-kromoson pada filter membran. Filter itu di tempatkan
pada gelas preparat yang dilapisi dengan emulsi yang peka terhadap partikel-β
dan disimpan dalam keadaan gelap untuk beberapa waktu. Setelah filmnya di cuci
dan di cetak nampak, bahwa kromosom-kromosom bakteri E.colli itu berbentuk
lingkaran (gambar III-16).
C. Asam Ribonukleat (ARN)
Di
samping ADN, kebanyakan sel-sel berinti tidak sejati (prokaryotik) maupun yang
berinti sejat (eukayotik) memiliki asam nukleat lain sangat penting pula, yang
dinamakan asam ribonukleat (ARN). Akan tetapi beberapa virus tidak memiliki
ADN, melainkan hanya ARN saja, sehingga ARN-lah merupakan molekul genetik
keseluruhannya dan membawa segala pertanggungjawaban seperti seperti yang di
miliki oleh ADN. Arn demikian di namakan Arn genetik. Di dalam sel-sel dimana
ADN merupakan substansi genetik, terdapat lain macam molekul ARN, yang
dinamakan ARN non –genetik.
1. ARN Genetik
Beberapa
virus tumbuhan (misalnya virus mosaik tembakau TMV, virus mosaik kuning turnip,
virus tumor luka, dsb), virus hewan (misalnya virus influenza, virus kaki dan
mulut, virus poliomyelitis, dsb) dan bakteriophag (misalnya MS2, dsb) mempunyai
ARN sebagai bahan genetik.
Seperti
halnya ADN, ARN, adalah suatu polimer asam nukleutida dari empat
ribonukleotida. Tiap ribonukleotida terdiri dari gula pentose (D-ribosa),
molekul gugusan pospat dan sebuah basa nitrogen. Berbeda dengan ADN, basa timin
dari golomgan pirimidin tidak terdapat dalam ARN, melainkan digantikan oleh
basa urasil disingkat U.
Ke
empat ribinukleotida itu juga terdapat bebas di dalam nukleoplasama tetapi
dalam bentuk tripospat dari ribonukleosida seperti adenosin (ATP), guanin
tripospat (GTP), sitinin tripospat (STP), dan uridin tripospat (UTP).
Struktur molekul ARN
Molekul
ARN berbentuk pita tunggal atau pita dobel tetapi tidak terpilin sebagai spiral
seperyi molekul ADN. ARN bentuk pita tunggal terdapat sebagai bahan genetik
pada virus tumbuhan (seperti TMV, virus mosaik tembakau), virus hewan (seperti
virus influenza, virus kaki dan mulut, virus rous sarcoma, virus poliomyelitis)
dan bakteriophag (MS2). ARN yang terdiri
dari pita dobel tetapi tidak terpilin sebagai spiral terdapat sebagai bahan
genetik pada beberapa tanaman (misalnya reovirus). Tiap pita ARN adalah polinukleotida,
artinya terdiri dari banyak ribonukleotida. Dalam pita polinukleotida dari ARN,
tulang punggung tersusun dari deretan ribosa dan pospat.
ARN
genetik dari virus mengadakan replika sendiri, artinya ARN ini menghasilkan
sendiri replikanya (hasil replika). Berhubung dengan itu replika itu dinamakan
sintesa ARN bergantung- ARN.
2. ARN Non-genetik
Pada
mahluk di mana keterangan genetik terdapat dalam ADN maka ARN disebut juga ARN
Non-genetik.
Berdasarkan
tempat terdapatnya serta fungsinya dapat dibedakan 3 macam ARN, yaitu:
a.
ARN duta atau disingkat ARNr
(“messengger ARN”=mRNA). ARNd berbentuk pita tunggal, terdapat di dalam nukleus
dan di buat (dicetak) oleh ADN dalam suatu proses yang di namakan traskripsi.
Sebelum ADN
mencetak ARNd, “doble helix” molekul ADN terlebih dahulu membuka spiritualnya
dengan bantuan enzim ARN polimerase. Proses pencetakan ARNd oleh salah satu
pita ADN.
b. ARN
memindah atau disingkat ARNp (transfer RNA=tRNA). Akhir-akhir ini ARNp disebut
juga ARN larut atau di singkat ARNI (soluble RNA=sRNA).
R. Holley pada tahun 1965 untuk pertama kali mempelajari
dan memberi keterangan tentang molekul ARNp yang di temukannya pada khamir.
Dikatakn bahwa seperti halnya dengan ARNd, molekul ARNp itu di buat di dalam
nukleus, sebelum menempatkan diri di dalam sitoplasma. Selanjutnya di nyatakan
pula bahwa pada beberapa bagian dari molekul ARNp itu basa-basa memperlihatkan
pasangan yang mengikuti model Watson dan Crick, tetapi ada bagian-bagian yang
basa-basanya tidak memperlihatkan pasangan. Bagian dimana basa-basa itu tidak
berpasangan di katakan mempunyai struktur menukik merupakan suatu bulatan
sehingga Holley berpendapat bahwa molekul ARNp mempunyai struktur seperti daun
semanggi. Beberapa sifat mengenai molekul ARNp itu ialah.
1)
Semua molekul arnp mengandung urutan
terminal yang sama dari basa 5’-SSA-3’ pada akhir 3’ dari deretan
polinukleutida. Pada basa A atau adenin itulah molekul ARNp mengikat asam
amino.
2)
Semua ARNp mempunyai bagian menukik
yang merupakan bulatan yang di sebut lengan T diamana terdapat tujuh basa tak
berpasangan termasuk pseudouridin. Lengan ini mempunyai peranan pada pengikatan
molekul pada ARNp pada ribosom.
3)
Semua molekul ARNp mempunyai lengan
DHU (dihidrouridin) yang mempunyai 8-12 basa tak berpasanagan.
4)
Ada bagian yang mengandung 3 basa,
yang pada arnp tertentu berbeda sususanannya dari pada di arnp lainnya. Tiga
basa itu dinamakan antikodon, yang nantinya akan berpasangan tiga basa arnd
yang di namakan kodon.
5)
Beberapa RNp yang berupa pita panjang
dapat mempunyai lengan tambahan pendek.
c.
ARN ribosom atau €di singkat ARNr (robosoma
RNA=rRNA)
ARNr
terutama terdapat di dalam ribosom, meskipun di buat di dalam nukleus.
Molekulnya berupa pita tunggal , tak bercabang dan fleksibel. Ada yang
bercabang dan fleksibel. Ada bagian dimana basa-basa komplementer membentuk
pasangan.
Sel-sel
yang mempunyai inti sejati memiliki tiga macam ARNr, yaitu 28S ARNr, 18S ARNr
dan 5S ARNr. Sel-sel yang mempunyai inti tidak sejati juga memiliki tiga macam
molekul ARNr, yaitu 23S ARNr, 16S ARNr, 5S ARNr. Fungsi molekul ARNr sampai
sekarang masih sedikit di ketahui tetapi di duga mempunyai peranan penting pada
sintesa protein.
D. Kode Genetik
Telah
diketahui bahwa ADN adalah bahan genetik yang memberi informasi dari sel ke sel
dan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Sebuah pita molekul ADN terdiri
dari tiga persenyawaan kimia, yaitu asam pospat, gula deoksiribosa dan basa
nitrogen. Tulang punggung asam pospat-deokribosa selalu sama untuk berbagai
segmen dari ADN. Tetapi basa nitrogennya berbeda-beda. Berhubung dengan itu
informasi genetik tergantung dari urutan basa nitrogen yang menyusun segmen
molekul ADN.
Serabai,
dkk (1964) membuktikan bahwa urutan basa nitrogen dari suatu segmen molekul ADN
itu identik dengan urutan linier dari asam-asam amino di dalam molekul protein.
Empat basa ADN itu (A,T,S dan G) dapat dianggap sebagai alfabet dalam molekul
ADN. Berhubung dengan itu semua informasi genetik harus dinyatakan dengan empat
alfabet ADN ini. Jika informasi genetik terdapat sebagai bahasa dalam bentuk
ucapan nyata, molekul ADN memerlukan memiliki banyak alfabet, sistem tata
bahasa yang kompleks dan ruangan yang cukup. Dengan demikian para Biologiwan
Molekuler mengambil kesimpulan bahwa informasi genetik yang terdapat di dalam
molekul ADN itu harusberupa bahasa istimewa yang berbentuk kata-kata kode
dengan menggunakan empat alfabet ADN itu. Setiap pesan genetik yang dinyatakan
dalam bentuk kode umumnya dinamakan kriptogram.
Dapat
diketahui bahwa, sampai sekarang dikenal 20 macam asam amino. Yang menjadi
masalah dari kode genetikitu ialah bagaimanakah empat basa nitrogen itu dapat
diterjemahkan ke 20 macam asam amino yang menjadi bahan dasar untuk protein.
Satu kelompok nukleotida yang memperinci suatu asam amino dinamakan kodon. Kemungkinan kode genetik yang
paling sederhana ialah kode singlet,
di mana sebuah nukleotida memberi kode untuk sebuah asam amino. Mengingat
adanya 20 macam asam amino, maka baru 4 macam asam amino saja yang dapat diberi
kode. Berarti bahwa 16 macam asam amino belum dapat diberi kode. Kode duplet (yaitu kode yang terdiri
dari dua huruf) juga belum cukup, karena baru dapat memperinci 4x4=16 macam
asam amino saja, sehingga masih ada 4 macam asam amino yang belum dapat di beri
kode. Kode triplet (yaitu suatu kode
yang terdiri dari tiga huruf) akan menghasilkan 4x4x4=64 kodon, sehingga dapat
memperinci 64 asam amino. Kemungkinan adanya kode singkat, dublet dan triplet
untuk molekul ARNd dapat diikuti pada tabel III-5.
Dalam bentuk tabel
sebagai berikut:
a.
Tabel kode singlet (4 kata)
|
A
|
|
G
|
|
S
|
|
U
|
b.
Tabel kode dublet (16)
|
AA
|
AG
|
AS
|
AU
|
|
GA
|
GG
|
GS
|
GU
|
|
SA
|
SG
|
SS
|
SU
|
|
UA
|
UG
|
US
|
UU
|
c.
Tabel kode triplet (64 kata)
|
AAA
|
AAG
|
AAS
|
AAU
|
|
AGA
|
AGG
|
AGS
|
AGU
|
|
ASA
|
ASG
|
ASS
|
ASU
|
|
AUA
|
AUG
|
AUS
|
AUU
|
|
GAA
|
GAG
|
GAS
|
GAU
|
|
GGA
|
GGG
|
GGS
|
GGU
|
|
GSA
|
GSG
|
GSS
|
GSU
|
|
GUA
|
GUG
|
GUS
|
GUU
|
|
SAA
|
SAG
|
SAS
|
SAU
|
|
SGA
|
SGG
|
SGS
|
SGU
|
|
SSA
|
SSG
|
SSS
|
SSU
|
|
SUA
|
SUG
|
SUS
|
SUU
|
|
UAA
|
UAG
|
UAS
|
UAU
|
|
UGA
|
UGG
|
UGS
|
UGU
|
|
USA
|
USG
|
USS
|
USU
|
|
UUA
|
UUG
|
UUS
|
UUU
|
Percobaan
Crick pada tahun 1961 dengan menggunakan T4 bakteriofag
dari E.coli membuktikan, bahwa dengan
menerapkan kode dublet, bakteriofag tidak dapat menjalankan fungsinya secara
normal. Begitu pula waktu ia menerapkan tambahan sebuah atau dua buah
nukleotida pada kode triplet. Berdasarkan eksperimen itu diambilkesimpulan,
bahwa kode genetik haruslah dalam bentuk kode triplet.
Penyelidikan
beberapa ahli seperti Nirenberg (1961), S. Ochoa, Yanofsky dkk, (1963), H.G,
Khorana (1964), Terzaghi dkk, (1966) Dn S. Cory (1970) menghasilkan suatu tabel
yang merumuskan kode untuk 20 macam asam amino.
Ada beberapa sifat
dari kode triplet:
1.
Kode genetik ini memiliki banyak
sinoim, sehingga hampir semua asam amino dinyatakan oleh lebih dari sebuah
kodon. Contohnya: tiga asam amino, arginin, serin, dan leusin masing-masing
mempunyai enam kodon sinonim. Tetapi untuk banyak kodon sinonim yang menyatakan
asam amino yang sama, dua basa permulaan dari triplet adalah tetap, sedangkan
basa ke tiga dapat berlainan. Contohnya: semua kodon yang dimulai dengan SS
memperinci prolin (SSU, SSS, SSA dan SSG) dan semua kodon yang dimulai dengan
AS memperinci treonin (ASU, ASS, ASA ASG). Fleksibilitas dalam nukleotida dari
suatu kodon ini dapat menolong membuat sekecil mungkin akibat adanya kesalahan.
2.
Tidak ada tumpang tindih, artinya
tiada suatu satu basa tunggal pun yang dapat mengambil bagian dalam pembentukan
lebih dari satu kodon, sehingga 64 kodon itu semua berbeda-beda.
3.
Kode genetik dapat mempuyai dua arti,
yaitu kodon yang sama dapat memperinci lebih dari satu asam amino. Sebagai
contoh : kodon UUU biasanya merupakan kode untuk fenilalanin, tetapi bila ada
streptomisin dapat pula merupakan kode untuk isoleusin, leusin atau serin.
4.
Kode genetik tidak mempunyai tanda
untuk menarik perhatian, artinya tiada sebuah kodon pun yang dapat diberi
tambahan tanda bacaan.
5.
Kodon AUG disebut juga kodon
permulaan, karena kodon ini memulai sintesa rantai polipeptida.
6.
Beberapa kodon dinamakan kodon
non-sens (tak berarti), karena kodon-kodon ini tidak merupakan kode untuk salah
satu asam amino pun, misalnya UAA, UAG dan UGA.
7.
Kode genetik itu ternyata universal,
karena kode yang sama berlaku untuk semua macam mahluk hidup.
E. Proses Sintesis Protein
Sintesis protein
terdiri dari dua bagian utama – transkripsi dan translasi. Proses ini
melibatkan asam ribonukleat (RNA), asam deoksiribonukleat (DNA) dan satu set
enzim. Semua jenis asam ribonukleat, yaitu asam ribonukleat messenger (mRNA),
asam ribonukleat ribosom (rRNA) dan transfer asam ribonukleat (tRNA) yang
diperlukan untuk sintesis protein. Lihat informasi berikut untuk memahami dua
bagian dalam proses sintesis protein.
1. Transkripsi
Transkripsi adalah
bagian pertama dalam proses sintesis protein. Ini terjadi dalam inti sel, di
mana asam deoksiribonukleat (DNA) bertempat di kromosom. Seperti kita semua
tahu, DNA adalah struktur heliks ganda. Dari dua untai paralel, satu bertindak
sebagai template untuk menghasilkan mRNA. Sebagai langkah inisiasi transkripsi,
RNA polimerase mengikat dirinya ke situs tertentu (daerah promoter) di salah
satu untai DNA yang akan bertindak sebagai template.
Setelah
keterikatannya dengan untai cetakan DNA, enzim polimerase mensintesis polimer
mRNA di bawah arahan template DNA. MRNA untai terus memanjang sampai polimerase
mencapai ‘wilayah terminator’ dalam template DNA. Dengan demikian, transkripsi
DNA mencakup tiga langkah – inisiasi, elongasi dan terminasi. mRNA Yang baru
ditranskripsi dilepaskan oleh enzim polimerase, yang kemudian bermigrasi ke
sitoplasma untuk menyelesaikan proses sintesis protein. Mengenal lebih lanjut
tentang transkripsi DNA.
2. Translasi
Bagian utama kedua
dari proses ini adalah terjemahan. Bertentangan dengan transkripsi yang terjadi
dalam inti, terjemahan berlangsung dalam sitoplasma sel. Bagian ini dimulai
segera setelah mRNA ditranskripsi memasuki sitoplasma. Ribosom hadir dalam sitoplasma
segera melekat pada mRNA pada situs tertentu, yang disebut kodon start. Asil
tRNA amino juga mengikat pada untai mRNA. Fase ini disebut inisiasi.
Ketika ribosom
bergerak sepanjang untai mRNA, amino asil tRNA membawa asam amino satu per
satu. Tahap ini tertentu disebut elongasi. Pada tahap terminasi, ribosom
membaca kodon terakhir dari untai mRNA. Dengan ini, berakhir bagian terjemahan
dan rantai polipeptida dilepaskan. Tepatnya bicara, dalam terjemahan, ribosom
dan tRNA menempel pada mRNA, yang membaca informasi ini kode dalam rantai
tersebut. Dengan demikian sintesis protein dari urutan asam amino tertentu
terjadi.
Secara
keseluruhan, proses sintesis protein melibatkan transkripsi DNA untuk mRNA,
yang kemudian diterjemahkan menjadi protein. Dengan demikian, kita telah
melihat proses sintesis protein memerlukan koordinasi yang tepat dari RNA, DNA,
enzim dan ribosom. Dan prosedur bijaksana langkah sintesis protein juga dikenal
sebagai dogma sentral dalam biologi molekuler.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar