Setiap sel organisme eukariotik mempunyai substansi genetika berupa kromosom yang mengandung gen. Gen memiliki peranan penting dalam mengatur pertumbuhan dan sifat-sifat menurun. Gen mengandung senyawa kimia asam nukleat seperti DNA (deoxyribonucleic acid atau asam deoksiribonukleat) dan RNA (ribonucleic acid atau asam ribonukleat).
DNA + protein histon dan non-histon (nukleosom) -> nukleosom + nukleosom (solenoid) ->solenoid + solenoid (kromatin) -> kromatin + kromatin ( kromatid) -> kromatid + kromatid (kromosom)
Kromosom
•Selain protein histon, kromosom juga mengandung protein non-histon yang merupakan sejumlah protein struktural, enzim, dan pritein regulator (pengatur).
•Kromosom merupakan stuktur padat yang terdiri dari dua molekul (DNA dan protein). Kromosom terdapa di dalam inti sel (nukleus) dan baru tampak jika sel sedang membelah diri. Jumlah dan bentuk kromosom setiap spesies sudah ditentukan dan bersifat tetap.
Bagian-bagian kromosom:
Kromatid
- Merupakan salah satu dari dua lengan hasil replikasi kromosom.
- Melekat satu sama lain pada sentromer.
- Istilah lain: kronema ( filamen yang sangat tipis, terlihat selama masa profase, kadang interfase).
Kromomer
- Merupakan stuktur manik-manik yang merupakan akumulasi dari materi kromatin yang kadang terlihat pada saat interfase.
- Jelas terlihat pada kromosom politen (kromosom dengan DNA yang telah direplikasi berulang kali tanpa ada pemisahan, terletak berdampingan, bentuk kromosom seperti kawat).
Sentromer
- Merupakan daerah konstruksi (pelekukan) disekitar pertengahan kromosom.
- Memiliki kinetokor ( bagian kromosom yang merupakan tempat pelekatan benang-benang spindel selama pembelahan inti dan merupakan tempat melekatnya lengan kromosom).
Satelit
- Merupakan bagian kromosom yang berbentuk bulatan, terletak di ujung lengan kromatid.
- Terbentuk karena adanya konstriksi sekunder di daerah tersebut.
Telomer
- Menunjukan daerah terujung pada kromosom.
- Fungsi: untuk menjaga stabilitas bagian ujung kromosom agar DNA di derah tersebut tidak terurai.
Bentuk-bentuk kromosom menurut letak sentromer:
-
kromosom metasentrik: kromosom yang letak sentromernya di tengah-tengah lengan kromatid (membagi kromatid menjadi dua bagian).
-
Kromosom submetasentrik: kromosom yang letak sentromernya tidak di tengah-tengah lengan kromatid (tidak membelah kromatid menjadi sama panjang).
-
Kromosom akrosentrik: kromosom yang letak sentromernya di antara ujung hingga tengah kromatid.
- Kromosom telosentrik: kromosom yang letak sentromernya berada di ujung kromatid.
Jenis-jenis kromosom:
-
Gonosom ( kromosom seks)
1.Menentukan jenis kelamin.
2.Manusia memiliki sepasang.
3.Kromosom tidak berpasangan, hanya terdiri dari satu set kromosom (haploid).
4.Sperma: 23 kromosom (22 autosom + X atau 22 autosom + Y)
5.Sel telur (ovum): 23 kromosom (22 autosom +X)
Sperma dan ovum memiliki suatu set tunggal 22 autosom (22 A) + 1 kromosom seks (X/Y)
Manusia sel somatik (semua selain sperma dan ovum) berjumalah 46 kromosom dua set (1 set maternal dari ibu dan 1 set paternal dari ayah) yang masing-masing terdiri dari 23 kromosom.
- Autosom (kromosom tubuh)
1.Manusia memiliki 22 pasang.
2.Kromosom selalu dalam keadaan berpasangan (kromosom homolog).
3.Contoh penulisan kromosom pada manusia:
4.Sel tubuh:46, terdiri atas 44 autosom + 2 gonosom atau 22 pasang autosomhomolog + 2 gonosom.
5.Sel tubuh pria: 44 autosom + XY (22 pasang autosomhomolog + XY)
6.Sel tubuh wanita: 44 autosom + XX (22 pasang autosom homolog + XX)
Kromosom homolog
- Merupakan kromosom yang membentuk pasangan yang memiliki panjang, posisi sentromer, dan pola pewarnaan yang sama.
- Kedua kromosom tersebut membawa gen yang mengendalikan karakter warisan yang sama.
Terjadi pengecualian pada sel somatik unik -> X dan Y
•Betina -> memiliki sepasang kromosom homolog X (XX)
Salah satu X aktif saat embrionik -> mengalami pemadatan (Barr body)
Barr body: memanjang, letaknya pada sel somatik betina (tahap interfase), tidak dieskpresikan, aktif kembali saat dalam sel-sel ovarium).
•Jantan -> memiliki kromosom X dan kromosom Y (XY).
Haploid: sel dengan suatu set kromosom tunggal, jumalah: 23 (n=23)
Genom
Merupakan total informasi geneteis yang disimpan dalam DNA suatu sel.
Tersusun atas gen-gen.
Gen
Merupakan fragmen DNA di dalam kromosom
Merupakan senyawa kimia yang mengandung informasi genetik.
Bertanggung jawab atas sifat-sifat genetik
Letak: kromosom
Unit instruksi untuk menghasilkan atau mempengaruhi herediter tertentu.
Terdiri dair DNA yang diselubungi dan diikat oleh protein.
Unit informasi genetik.
Thomas Hunt Morgan (1866-1945) menyatakan bahwa gen mempunyai sifat-sifat:
- Terdapat pada kromonema di dalam kromosom dan tempat gen di dalam kromosom disebut lokus
- Sebagai zarah yang kompak dan gen mengisi lokus di dalam kromosom.
- Mengandung satuan informasi genetik.
- Mengatur sifat-sifat yang diturunkan.
Fungsi gen:
•Menyampaikan informasi genetik kepada keturunannya
•Mengendalikan perkembangan dan metabolisme sel atau individu .
•Sebagai zarah tertentu yang terdapat dalam kromosom.
Gen disimbolkan dengan huruf. Gen bersifat dominan disimbolkan huruf besar. Gen yang bersifat resesif disimbolkan huruf kecil.
Alel
Merupakan versi alternatif gen (menjelaskan adanya pewarisan suatu sifat).
Karakter:
- Dominan (dapat membentuk melanin).
- Resesif (tidak memiliki edek yang jelas pada penampakan organisme).
Kemungkinan (keadaan):
- Homozigot : alel identik
- Heterozigot: dua alel yang berbeda dalam satu gen.
- Fenotip: penamakan organsime secara fisik. Karakteristik atau ciri yang dapat diukur dan nyata pada suatu individu, dapat diukur.
- Genotip: penyusun genetik, susunan genetik suatu karakter yang dimiliki suatu individu.
- Alel selalu berpasangan dan disimbolkan dengan huruf yang sama.
- Umumnya sebuah gen hanya memiliki sebuah alel. Akan tetapi kenyataan menunjukkan bahwa sebuah gen dapat memiliki lebih dari satu alel (multiple alelomorfi) sedangkan alel-alelnya disebut alel ganda.
- Alel ganda merupakan sejumlah alel yang menempatai lokus tertentu yang sama pada kromosom. Contoh alel ganda: golongan darah.
DNA (Deoxyribonucleic acid)
Molekul panjang yang menyimpan informasi genetik.
Merupakan persenyawaan kimia yang membawa informasi genetik dari suatu generasi kepada generasi berikutnya.
Merupakan penyusun gen, sehingga secara kimia dapat dikatakan bahwa gen adalah DNA.
Dimiliki oleh hampir seluruh organisme.
Fungsi:
•Membawa informasi genetik dari suatu generasi kepada generasi berikutnya.
•Mengontrol aktivitas hidup secara langsung dan tidak langsung.
•Mensintesis RNA
Berperan dalam proses sintesis protein.
•Bagian terbesar DNA terdapat di nukleus, terutama dalam kromosom.
•Memiliki stuktur heliks beruntai ganda (heliks ganda watson-crick)
•Makromolekul polinukleotida tersusun atas polimer nukleotida yang berulang-ulang, tersusun rangkap, membentuk DNA heliks ganda (double heliks), berpilin ke kanan.
•Setiap nukleotida memiliki tiga gugus molekul: gula 5 karbon (2-deoksiribosa), basa nitrogen (purin dan pirimidin), dan gugus fosfat.
•Tersusun dari 4 jenis monomer nukleotida (tidak rata).
•Rantai rangkap berpilin. Mononukleotida berhubungan dengan ikatan fosodieter.
•Stabilitas DNA heliks ganda ditentukan oleh susunan basa dan ikatan Hidrogen
•DNA heliks ganda merupakan makromolekul yang stuktur primernya merupakan poli nukleotida. Memiliki polaritas gusgus fosdat dengan karbon 5’-deoksiribosa pada ujung terminal nukleotidanua. Ujung rantai DNA lainnya merupakan gugus hidroksil dengan karbon 3’-deoksiribosa . berlawanan orientasi satu sama lain. Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk heliks ganda berjajar secara antipararel.
•Rantai polinukleotida -> suatu polaritas atau bidireksionalitas polinukleotida.
•Pada tanggal 7 Maret 1953, Watson dan Crick menyelesaikan model heliks ganda DNA. Model DNA tersebut mencapai ketinggian 6 kaki dan dipublikasikan di majalah Nature pada tanggal 25 April 1953.
•Purin: Adenine (A) dan Guanine (G).
•Pirimidin: Cytosine (C) dan Thymne (T)
•A=T dan G=C -> dua ikatan hidrogen atau ketentuan Chargaff (ikatan Hidrogen)
•Diperlukan tenaga yang lebih besar untuk memutuskan Guanine dan Cytosine.
•Purin/pirimidin + deoksiribosa -> nukleosida / deoksiribonukleosida
nukleosida / deoksiribonukleosida: prekursor (unsur awal pemebentuk senyawa deoksiribonukleosida yang berikatan dengan gugus fosfat membentuk nukleotida / deoksiribonukleotida) elementer untuk sintesis DNA
Replikasi DNA
•Harus sebelum proses pembelahan dimulai.
•Peristiwa sintesis DNA
•Terjadi dengan adanya sintesis rantai nukleotida baru dari rantai nukleotida lama
•Hasil proses komplementasi pasangan basa -> molekul DNA baru sama dengan molekul DNA lama (sebagai cetakan) -> replikasi (3 model)
3 model replikasi:
Model konservatif
- 2 rantai DNA lama tetap, tidak berubah
- Fungsi: sebagai cetakan untuk dua rantai DNA baru.
Model semikonservatif
- 2 rantai DNA lama terpisah, rantai baru disintesis dengan prinsip komplementasi pada masing-masing rantai DNA lama.
- Akhir: dihasilkan dua rantai DNA baru (masing-masing mengandung satu rantai cetakan molekul DNA lama dan baru sebagai hasil sintesis).
- Model yang paling tepat untuk replikasi DNA.
- Berlaku untuk eukariot dan prokariot.
Model dispersif
- Beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama digunakan sebagai cetakan untuk sintesis rantai DNA baru.
- Hasil akhir: rantai DNA lama dan baru yang tersebar pada rantai DNA lama dan baru.
RNA (Ribonucleic acid)
•Makromolekul yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik.
•Sebagai penyimpanan informasi genetik (virus dan retrovirus).
•Sebagai penyalur info genetik (pada proses translasi untuk sintesis protein)
•Dapat sebagai enzim (ribozim) -> dapat mengkatalis formasi RNAnya sendiri atau ,molekul RNA lain.
•Rantai tunggal polinukleotida
•Hasil transkripsi dari suatu fragmen DNA
•Stuktur:
•Setiap ribonukleotida terdiri dari: 5 karbon (ribosa), basa nitrogen (purin dan primidin), dan gugus fosfat.
•Purin dan pirimidin berikatan dengan ribosa -> nukleotida atau ribonukleotida -> prekursor dasar untuk sintesis DNA.
•Ribonukleosida + gugus fosfat -> nukleotida atau ribonukleotida.
Tipe-tipe:
•RNAd
a)Urutan basanya berpasangan dengan salah satu urutan basa rantai DNA
b)Membawa pesan atau kode genetik (kodon) dari kromosom ke ribosom.
c)Kode genetik akan menjadi letakan untuk spesifitas urutan asam amino pada rantai polipeptida.
•RNAr
a)Komponen stuktural utama ada pada ribosom
b)70-80% protein.
c)Merupakan RNA yang terdapat di dalam ribosom, meskipun dibuat di dalam nukleus.
d)Diduga berperan penting dalam sintesis protein.
•RNAt
a)Membawa asam amino ke ribosom
b)Memiliki tiga rangkaian basa pendek (antikodon).
c)Dibuat di dalam nukleus sebelum masuk dalam sitoplasma
d)Merupakan RNA terpendek yang bertugas menerjemahkan kodon dari RNAd.
e)Fungsi: mengikat asam-asam amino yang akan disusun menjadi protein di dalam ribosom. Setiap asam amino memerlukan RNAt khusus.
f)Pada RNAr terdapat bagian yang mengandung 3 basa yang dapat berbeda susunannya dibandingkan RNAt lainnya. Tiga basa tersebut dinamakan antikodon. Antikodon akan berpasangan dengan 3 basa yang terdapat pada RNAd yang disebut kodon.
Kode genetik
•Cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA / RNA untuk menentukan urutan asam amino pada saat sintesis protein
•Kode yang dibawa oleh RNA mesengger untuk disampaikan kepada RNA transfer.
•Urutan 3 basa nitrogen yang membentuk suatu triplet dan disebut kodon (kodogen).
•Ribuan reaksi kimia dan enzim berfungsi mengatur jalannya semua reaksi
•Ditentukan oleh basa nitrogen [ada rantai DNA yang akan menentukan susunan asam amino.
•Jumlah asam amino yang begitu banyak menyebabkan adanya “kelimpahan” (degenerasi / redundansi)
•Kode genetik untuk seluruh organisme bersifat universal, kode genetik suatu organisme dapat diterjemahkan oleh organisme lain dan membentuk asam amino yang sama.
•Dalam kamus lengka kode genetika, U disebut sebagai T pada susunan triplet. Karena diyakini triplet dobwa oleh RNAd bukan DNA.
•Kodon: Triplet yang mewakili informasi bagi suatu asam amino
•Kode genetik bersifat degeneratid karena 18 dari 20 macam asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon -> kodon sinonimus (tidak acak).
•Kodon sinonimus memiliki perbedaan pada urutan basa ketiga.
a)(III) pirimidin -> asam amino sama
b)(II) pirimidin -> asam amino yang hidrofilik
c)(II) purin -> asam amino yang polar
•Metionin dna triptofan merupakan kodon tunggal
•Ekspresi gen merupakan proses informasi dikode di dalam gen di terjemahkan menjadi urutan asam amino (selama sintesis protein).
a)Dogma sentral: DNA (membawa informasi genetik) ditranskripsi menjadi RNA dan RNA akan diterjemahkan menjadi polipeptida (memiliki urutan asam amino secara spesifik).
b)Dua tahap:
•Transkripsi
•Pencetakan urutan rantai nukleotida template dari suatu DNA untai ganda disalin.
•Untuk menghasilkan rantai molekul RNA.
•Sintesis RNA dari salah satu rantai DNA -> cetakan atau sense
•Antisense merupakan rantai DNA komplemennya
•Unit transkripsi merupakan rentangan DNA yang ditranskripsi menjadi molekul RNA
•RNA dihasilkan dari aktivitas enzim RNA polimerase (membuka pilinan kedua rantai DNA dan merangkai nukleotida RNA).
Tahap-tahap:
a)Inisiasi (permulaan): promoter yang mencakup titik awal transkripsi (menentukan titik awal). Membentang beberapa pasangan nukleotida di depan titik awal. Menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA yang akan digunakan sebagai cetakan.
b)Elongasi (pemanjangan): RNA bergerak disepanjang DNA -> pilinan heliks ganda DNA terbuka hingga 10-20 basa DNA sekaligus -> enzim RNA polimerase menambahkan nukleotida ke ujung 3’ dari molekul RNA yang sedang “tumbuh” disepanjang heliks ganda DNA -> DNA heliks ganda terbentuk lagi -> molekul RNA baru akan lepas dari cetakan DNAnya.
c)Terminasi (pengakhiran): Terminator (urutan DNA) berfungsi untuk menghentikan proses transkripsi.
•Translasi
•Sintesis polipeptida dengan urutan spesifik berdasarkan RNA yang dibuat pada tahapan pertama.
•Membutuhkan pengikatan dan pergerakan ribosom di sitoplasma pada sepanjang rantai RNA untuk menerjemahkan urutan nukleotida rantai DNA menjadi urutan asam amino.
•Untuk membentuk rantai polipeptida.
•Sel menginterpretasikan suatu kode genetik (serangkaian kodon di sepanjang molekul RNAD) menjadi protein yang sesuai.
•Intepreter: RNAt mentransfer asam amino (dari kolam asam amino di sitoplasma ke ribosom), molekul tidak semuanya identik. Molekul membawa asam amino spesifik pada salah satu ujungnya yang sesuai dengan triplet nukleotida pada ujung RNAt lain (antikodon).
•Asosiasi kodon dan antikodon sebenarnya merupakan bagian kedua dari dua tahap pengenalan yang dibutuhkan untuk translasi suatu pesan genetik yang akurat dan harus didahului oleh pelekatan yang benar antara RNAt dengan asam amino.
•Aminoasil-RNAt sintetase (aminoacyl-tRNA synthetase) merupakan gabungan asam amino denga RNAt yang sesuai oleh suatu enzim spesifik.
Tahap-tahap:
a)Inisiasi
•Terjadi dengan adanya RNAd, sebuah RNAt yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua subunit ribosom.
•Subunit ribosom kecil mengikatkan diri pada RNAd dan RNAt inisiator. Subunit ribosom kecil melekat pada tempat terntentu di ujung 5’ dari RNAd. Di dekat tempat pelekatan ribosom subunit kecil pada RNAd terdapat kodon inisiasi AUG, yang memberikan sinyal dimulainya proses translasi.
•Persyaratan inisiasi adalah kodon RNAd harus mengandung triplet AUG dan terdapat RNAt inisiator berisi antikodon UAC yang membawa metionin.
•Pada setiap proses translasi, metionin selalu menjadi asam amino awal yang diingat.
•Triplet dikatakan sebagai start codon karena berfungsi sebagai kodon awal translasi
b)Elongasi
•Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino berikutnya ditembahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin).
•Molekul RNAr dari subunit ribosom besar berfungsi sebagai enzim, mengkatalisis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba.
•Pada tahap ini, polipeptida memisahkan diri dari RNAt tempat perlekatannya semula dan asam amino pada ujung karboksilnya berikatan dengan asam amino yang dibawa oleh RNAt yang baru masuk.
•Saat RNAd berpindah tempat, antikodonnya tetap berikatan dengan kodon RNAt. RNAd bergerak bersama dengan antikodon ini dan bergeser ke kodon berikutnya yang akan ditranslasi.
•RNAt sekarang tanpa asam amino karena telah diikatkan pada polipeptida yang sedang memanjang. Selanjutnya RNAt keluar dari ribosom. Langkah ini membutuhkan energi yang disediakan oleh hidrolisis GTP.
•RNAd bergerak melalui ribosom ke satu arah saja mulai dari ujung 5’.
•Ribosom dan RNAd bergerak relatif satu sama lain, dengan arah yang sama, kodon demi kodon.
•Siklus elongasi menghabiskan waktu kurang dari 1/10 detik dan terus berlangsung hingga rantai polipeptidanya lengkap.
c)Terminasi
•Elongasi berlanjut hingga ribosom mencapao kodon stop.
•Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, atau.UGA.
•Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino namun bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan translasi.
•Tahap inisiasi, elongasi, dan terminasi memerlukan faktor-faktor protein yang membantu RNAd, RNAt, dan ribosom selama proses translasi.
•Inisiasi dan elongasi rantai polipeptida juga membutuhkan sejumalah energi yang disediakan oleh GTP (guanosin triphosphat), mirip ATP.
•Di dalam tubuh manusia terdapat 20 macam asam amino dengan kode genetik yang berbeda-beda.
Istilah-istilah
Promoter: daerah DNA dimana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi.
Solenoid: benang yang lebih padat dan terpintal.
Histon: pemintalan DNA pada set protein.
Kromatin: benang-benang halus dalam nukleus.
Kariotipe: tampilan visual kromosom setuap individu.
Lokus: posisi atau letak gen dalam kromosom, berbentuk seperti manik-manik yang berjejer lurus pada seuntai benang. Terletak pada suatu gen pada kromosom. Bersifat diploid (memiliki dua lokus untuk setiap herediternya
PerkecambahanMasa dormansi adalah suatu kondisi di mana biji tidak tumbuh dan berkembang. Tidak berkembang dan bertumbuhnya biji dapat dikarenakan tidak cocoknya kondisi lingkungan yang memungkinkan biji berkecambah. Berakhirnya masa dormansi ditandai dengan masuknya air ke dalam biji (proses imbibisi). Diferensiasi merupakan proses pertambahan jenis dan fungsi sel yang jelas. Setelah itu akan dibentuk organ-organ melalui proses organogenesis. Energi digunakan untuk pertumbuhan dan perkembangan.
