1. Kromosom, Gen, dan DNA

Kromosom adalah suatu struktur makromolekul yang tersusun dari DNA dan molekul lain di mana informasi genetik tersimpan sel. Kromosom terdiri atas dua bagian, yaitu sentromer yang merupakan pusat kromosom berbentuk bulat dan lengan kromosom (arm) yang mengandung kromonema & gen berjumlah dua buah (sepasang). Sifat-sifat kromosom adalah: (a). Hanya terlihat pada waktu sel membelah. (b). Mempunyai ukuran panjang antara 0,2 – 40  m  (mikron).  (c).  Kromosom  pada  sel  prokariotik  hanya  memiliki  satu kromosom dan tidak terletak di dalam inti sel. (d). Kromosom sel eukariotik, jumlahnya bervariasi menurut   jenis organisme dan terdapat di dalam nukleus. (e). Umumnya memiliki susunan kimia yang terdiri dari protein, DNA, dan RNA. (f). Protein terdiri dari histon dan nonhiston. (g). Memiliki beberapa enzim yang terlibat dalam sintesis DNA dan RNA.

Gambar. Hubungan DNA dengan Kromosom

Sumber : Campbell, et al 2006

Gen merupakan unit hereditas suatu organisme hidup, dan tersimpan dalam kedudukan tertentu pada kromosom. Gen ini berupa kode dalam material genetik organisme, yang kita kenal sebagai molekul DNA, atau RNA pada beberapa virus. Ekspresi gen dipengaruhi oleh lingkungan internal atau eksternal seperti perkembangan fisik atau perilaku dari organisme itu. Gen berupa daerah urutan basa nukleotida baik yang mengkode suatu informasi genetik (ekson) dan juga daerah yang tidak mengkode informasi genetik (intron). Hal ini penting untuk pembentukan suatu protein yang fungsinya diperlukan di tingkat sel, jaringan, organ atau organisme secara keseluruhan.

Kromosom secara sederhana dapat diibaratkan dengan untaian manik-manik. Untaian manik-manik diibaratkan kromosom, dengan manik-manik sebagai gen. Untaian manik-manik yang serupa dapat menjadi pasangannya yang homolog. Gen-gen pada posisi yang sama (lokus) di sepasang kromosom yang homolog tersebut menentukan sifat makhluk hidup.

Gen yang dominan (diberi simbol dengan huruf kapital) selalu muncul sebagai sifat yang nampak. Gen yang resesif (diberi simbol dengan huruf kecil) hanya bisa muncul sebagai sifat yang nampak bila berpasangan dengan gen yang resesif lagi. Jadi, genotip AA atau Aa akan muncul sebagai fenotip A. Sedangkan gen a hanya akan muncul sebagai fenotip a bila genotipnya aa. Organisme yang mempunyai  dua  gen  yang  sama  pada  satu  lokus  (AA  atau  aa)    disebut homozigot, sedangkan yang mempunyai pasangan gen alternatif (Aa) disebut heterozigot. Gen alternatif (A atau a) disebut alel.

Tabel   Beberapa karakteristik pasangan kromosom homolog

Sebuah  alel  adalah  salah  satu  dari  dua  atau  lebih  bentuk-bentuk  alternatif sebuah gen yang dapat berada pada satu lokus. Sebuah alel adalah salah satu bentuk varian gen pada lokus tertentu, atau lokasi, pada suatu kromosom. Alel berbeda  menghasilkan  variasi  dalam  pewarisan  sifat  seperti  warna  rambut, warna mata atau golongan darah. Seperti terlihat pada gabar yang menggambarkan adanya varian gen untuk warna mata pada Drosophila sp.

Gambar    Alel warna mata pada Drosophila sp.

Sumber: Campbel, et al, 2009

2.  DNA dan RNA

DNA adalah suatu polimer yang dibangun dari empat jenis monomer yang berbeda yang dinamakan dengan nukleotida. Informasi yang dimiliki gen diwariskan dalam bentuk urutan nukelotida spesifik masing-masing gen. DNA (deoxyribo-nucleic  acid,  asam  deoksiribo-nukleat)  merupakan  persenyawaan kimia yang paling penting pada makhluk hidup, yang membawa keterangan genetik dari sel khususnya atau dari makhluk hidup dalam keseluruhannya dari satu generasi ke generasi berikutnya. (Suryo, 2004:57). DNA merupakan suatu polimer nukleotida berupa rantai ganda yang berpilin (double heliks).

Molekul nukleotida terbentuk dari gula ribosa/deoksiribosa, basa nitrogen, dan gugus phospat. Basa nitrogen terdiri atas purin (Adenin/A dan Guanin/G) dan Pirimidin (Sitosin/C dan Timin/T). A selalu berpasangan dengan T, C selalu berpasangan dengan G. Nukleotida diibaratkan sebuah tangga dimana: “Anak tangganya” adalah susunan basa nitrogen ( A – T dan C – G) dan Kedua “ibutangganya” adalah gula ribose/deoksiribosa. Model DNA pertama kali dibuat pada tahun 1953 oleh James D. Watson dari Amerika Serikat dan Francis Crick dari Inggris,

Gambar  . Nukleotida

Sumber: Campbel, et al, 2009

DNA mempunyai fungsi sebagai berikut: (a) Menyampaikan informasi genetik kepada generasi berikutnya, karena DNA mampu melakukan proses replikasi. (b) sebagai  cetakan  (template)  untuk  kode  asam  amino  pada  DNA/kodon.  (c) Sebagai pengatur seluruh metabolisme sel.

3.  Replikasi DNA

Replikasi DNA adalah suatu tahapan penggandaan DNA yang terjadi pada saat sebelum  pembelahan  sel  (interfase tahap  sintesis  DNA).  Replikasi  dilakukan dalam upaya membentuk DNA yang sama pada sel hasil pembelahannya. Dalam proses replikasi DNA diperlukan enzim helikase, DNA polimerase, ligase, ATP, GTP, CTP dan TTP. Enzim helikase berfungsi sebagai pembuka rantai ganda heliks.  Enzim  DNA  polimerase  akan  membentuk  DNA  baru  dari  satu  rantai tunggal DNA. Enzim DNA ligase berperan dalam melekatkan setiap fragmen Okazaki yang merupakan rantai pasangan semula yang tidak berhubungan menjadi satu rantai yang utuh. Replikasi diawali dengan sintesis RNA primer. Arah replikasi 5’---- 3’

Beberapa model replikasi DNA, yaitu

a. Teori konservatif: Pita DNA rangkap heliks tidak berpisah, langsung menjadi cetakan bagi pita DNA baru. Akhirnya terbentuk dua pita rangkap heliks yang sama seperti asalnya .

b. Teori semi konservatif: Pita DNA rangkap heliks memisahkan diri menjadi dua pita tunggal yang berperan sebagai pola cetakan. Setiap pita lama membentuk pita baru pasangannya, akhirnya terbentuk dua pita rangkap heliks yang sama seperti asalnya.

c. Teori dispersive: Pita DNA heliks rangkap terputus-putus atas beberapa potongan. Setiap potongan berpola sebagai pola cetakan, membentuk DNA baru pasangannya. Akhirnya terbentuk pita rangkap heliks yang sama seperti asalnya.

Gambar. Replikasi DNA Sumber: Campbel et al, 2004

4.  RNA

RNA merupakan polinukleotida, namun ukurannya jauh lebih pendek dari polinukleotida penyusun DNA. RNA hanya terdiri dari satu rantai. Gula  pentosa yang menyusun  RNA adalah gula  ribosa.  Basa  nitrogen  yang menyusun RNA adalah: a. Purin yang terdiri dari adenin (A) dan guanin (G), b. Pirimidin yang terdiri dari sitosin (C) dan urasil (U) RNA dibentuk oleh DNA di dalam inti sel.

a)   Macam-Macam RNA

1)        RNA messenger (RNA duta) berfungsi membawa informasi genetik dari DNA berupa pesan dari inti sel ke ribosom di sitoplasma. Pesan pesan ini berupa triplet basa nitrogen yang ada pada RNA duta yang disebut kodon. Kodon pada RNA duta merupakan komplemen dari kodogen, yaitu urutan basa- basa nitrogen/nukelotida pada DNA yang dipakai sebagai pola cetakan. Peristiwa pembentukan RNA duta oleh DNA di dalam inti sel, disebut transkripsi. Contoh:

Kodogen (DNA)                   =  ACG  TGG  ATA CCT 

Kodon (triplet basa RNA d)  =  UGC ACC  UAU GGA

2)        RNA  transfer  (RNA  pembawa  asam  amino  dalam  bentuk  aminoasil tRNA). RNA pembawa berfungsi mengenali kodon dan menerjemahkan menjadi asam amino di ribosom. Penerjemahan kode pada mRNA oleh tRNA dikenal dengan nama translasi. Urutan basa nitrogen pada RNA transfer disebut antikodon. Bentuk RNA transfer seperti daun semanggi dengan 4 ujung yang penting, yaitu: 1) Ujung pengenal kodon yang berupa triplet basa yang disebut antikodon.  2)  Ujung  perangkai  asam  amino  yang  berfungsi  mengikat  asam amino.  3)  Ujung pengenal enzim  yang membantu mengikat asam amino.  4) Ujung pengenal ribosom. Contoh: Apabila kodon dalam RNA duta mempunyai urutan UGC ACC UAU GGA maka antikodon yang sesuai pada RNA transfer adalah ACG UGG AUA CCU.

3)       Ribosom RNA (RNAr) berfungsi sebagai tempat pembentukan protein. Ribosom terdiri dari 2 sub unit, yaitu: 1) Sub unit kecil yang berperan dalam mengikat  RNA  duta.  2)  Sub unit  besar  yang berperan  untuk  mengikat  RNA transfer yang sesuai.

5.  Sintesis Protein

Sintesis protein merupakan suatu proses yang komplek, termasuk di dalamnya penerjemahan kode-kode pada RNA menjadi polipeptida. Sintesis protein melibatkan DNA, RNA, ribosom, asam amino, dan enzim. Sintesis protein membutuhkan bahan dasar asam amino, dan berlangsung di dalam inti sel dan ribosom (sitoplasma).

Tahap-tahap sintesis protein dibagi menjadi 2 yaitu: Transkripsi dan Translasi

a.   Transkripsi

1)    Berlangsung dalam inti sel.

2)    Dimulai dengan membukanya rantai DNA heliks ganda membentuk gelembung  transkripsi.  Dengan  demikian  RNA  polimerase  berikatan  dengan DNA.

3)     Pita DNA yang berfungsi sebagai pencetakan RNA disebut pita template atau antisense dan pita DNA yang tidak mencetakan RNA disebut dengan pita sense.

4) Pita  RNA  dibentuk  sepanjang  pita  DNA  pencetak  (template)  dengan urutan basa nitrogennya komplementer dengan basa nitrogen yang ada pada pita cetakan DNA.

5)     Pita  RNA  yang  telah  selesai  menerima  pesan  genetik  dari  pita  DNA pencetak segera meninggalkan inti nukleus menuju ke ribosom, tempat sintesis protein dalam sitoplasma. Pita RNA menempatkan diri pada leher ribosom. 

6)     RNA  yang  ada  dalam  sitoplasma  bersiap-siap  untuk  berperan  dalam proses translasi (sintesis protein).

Proses transkripsi lebih jelas dapat dilihat pada gambar 

Gambar   Proses Transkripsi

Sumber: Campbel et al., 2009

b.   Translasi

1)        RNAd dan RNAt setelah sampai di ribosom selanjutnya tiga basa nitrogen pada  antikodon  RNAt  berpasangan  dengan  tiga  basa  nitrogen  pada  kodon RNAd. Misalnya AUG pada kodon RNAd berpasangan dengan UAC pada antikodon  RNAt,  sehingga  asam  amino  diikat  oleh  RNAt  adalah  metionin. Dengan demikian nama asam amino merupakan terjemahan dari basa-basa nitrogen yang ada pada RNAd.

2)        Ribosom dengan RNAd bergerak satu kodon.

3)        Sebuah asam amino ditambahkan pada rantai polipeptida.

4)        Asam amino yang pertama (metionin) segera lepas dari RNAt kembali ke sitoplasma   untuk   mengulang   fungsinya   dengan   cara   yang   sama.   RNAt berikutnya datang untuk berpasangan dengan kodon RNAd berikutnya.

Proses keseluruhan ini berkesinambungan sampai terbentuk polipeptida tertentu yang terdiri dari asam amino dengan urutan basa nitrogen tertentu

Gambar   Proses Translasi

Sumber: Campbel et al., 2009

6.       Kode Genetik

Kode genetik, yaitu instruksi berupa kode-kode yang menentukan macam protein yang akan dibuat  . Instruksi melalui kode genetik berupa kodon pada RNA tersebut ditranskripsi dari DNA dengan bantuan RNA polimerase.

Ciri-ciri kodon menurut Nirenberg, dkk (1961), yaitu:

a. Terdiri dari triplet, artinya 3 basa membentuk kodon

b. Non  overlapping,  artinya  susunan 3 basa pada kodon  tidak  dibaca  ulang sebagai kodon berikutnya (tumpang tindih).

c. Degenerate, artinya 1 asam amino mempunyai kodon lebih dari satu.

d. Universal, artinya kode yang sama berlaku untuk semua makhluk hidup.

Gambar   Kode Gentika

(Sumber: Campbell et all, 2009) 

Ciri khas protein ditentukan oleh jumlah asam amino, macam, dan urutan asam amino yang membangunnya. Umumnya terdapat 20 macam asam amino di alam yang akan membentuk protein sebagai kodon yang tersusun dari 4 macam basa nitrogen berjumlah 64. Dengan demikian terdapat kodon-kodon sinonim (degenerate), artinya satu asam amino dikode lebih dari satu kodon.

Sumber: Modul Pengembangan Keprofesian Berkelanjutan (PKB) Modul KK D dan F, Genetika dan Pewarisan Sifat

Penulis: Any Suhaeny, M. Si

Baca Juga

Bagikan Artikel