Dna sebagai materi genetik

6,374 views

Published on

0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
6,374
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
114
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Dna sebagai materi genetik

  1. 1. Nama : Ravensky Yurianty PratiwiNim : 06101010014DNA sebagai Materi GenetikAlam memperlihatkan mekanisme hayati untuk mempertahankan ciri khas mahlukhidup dari satu generasi ke generasi berikutnya. Mekanisme ini terjadi ada semua tingkatmahluk hidup. Dari yang paling rendah sampai paling komplek sekalipun. Ciri atau sifat khasmahluk hidup tampak dari ciri morfologis, ciri anatomi maupun ciri tingkah laku yang dapatdiamati dan diukur.Gregory Mendel (1822-1884) adalah orang pertama mengamati pewarisan sifat ini.Dari hasil percobaan tahun (1866). Mendel menarik kesimpulan bahwa sifat-sifat karakteristikdari kedua induk dapat diwariskan ke generasi berikutnya melalui segregasi.Selanjutnya, August Weisman pada tahun 1892, mengemukakan bahwa sifat yang diwariskantersebut dilakukan oleh senyawa yang berasal dalam inti sel. Senyawa tersebut dalampenelitian lanjutan disebut kromosom. Tahun 1869 seorang ahli ilmu kimiaberkebangsaan Jerman bernama Friedrich Miescher menyelidiki susunan kimia dari nucleussel. Ia mengetahui bahwa nukleus sel tidak terdiri dari karbohidrat, protein maupun lemak,melainkan terdiri dari zat yang mempunyai pengandungan fosfor sangat tinggi. Olehkarena zat itu terdapat di dalam nukleus sel, maka zat itu disebutnya nuklein. Nama inikemudian dirubah menjadi asam nukleat, karena asam ikut menyusunnya. Walter Sutton,tahun 1903, mengemukakan bahwa kromosom merupakan benda-benda sel yang mengandungunit-unit pewarisan. Unit tersebut oleh Wilhem Johannsen disebut gen (1909). Dan padatahun 1926,Herman Muller membuktikan bahwa sinar-X memicu perubahan genetik lalatbuah.Penemuan DNA (Deoxyribonucleic acid) sebagai materi genetik pada awalnyamenimbulkan pro dan kontra. Pengetahuan tentang kromosom yang tersusun dari protein danasam nukleat, mulanya lebih condong menganggap bahwa protein sebagai materi genetik. Halini berkaitan dengan peranan protein yang sangat dinamis dalam kehidupan sel. Anggapan
  2. 2. protein sebagai materi genetik terus dianut hingga tahun 1950-an. Sementara asam nukleatkarena dianggap terlalu kecil dan strukturnya terlalu sederhana, hanya sedikit sekali mendapatperhatian sebagai materi genetik.Percobaan Griffith dalam tahun 1928. la menemukan bahwa bakteri Diplococcuspneumoniae (biasa disebut Pneumococcus), bila dipelihara di laboratorium,maka berdasarkan bentuk koloninya dapat dibedakan dua bentuk, yaitu bentuk kasar (K)dan bentuk halus (H). Kedua bentuk bakteri ini biasanya tumbuh murni, artinya tidakbercampur. Griffith dapat menunjukkan bahwa apabila koloni bentuk H dibunuh karenadirebus dan sisanya dicampur dengan bakteri bentuk K yang hidup, maka beberapa dari bakteribentuk K ini ditransformasi (dirubah) ke bakteri bentuk H. Bakteri bentuk H ini kemudiantumbuh murni seperti halnya dengan sisa bakteri K yang tidak mengalami transformasi.Jadi secara singkat:H mati + K hidup → H hidup + K hidupIni berarti bahwa suatu substansi yang terdapat di dalam bakteri H yang mati telahdipindahkan ke bakteri K dan merupakan sifat genetik dari bakteri K.Pada pertengahan tahun 1940-an arah penelitian tentang bahan genetis mulai beralihdari protein ke DNA, salah satu jenis asam nukleat mahluk hidup. Tahun 1944, OswaltAvery, Colin Mac Leod dan Maclyn McCarty dengan menggunakan ekstrak DNA berhasilmenunjukkan bahwa DNA merupakan senyawa yang bertanggung jawab dalam prosestransformasi bakteri strain R (rough) yang kurang virulen dan kasar menjadi strain S (smooth)yang sangat virulen dan halus.Penelitian yang menunjukkan bahwa DNA merupakan bahan informasi genetik danbukan protein, dilakukan oleh Alfred Hershey dan Martha Chase ada tahun 1952. Percobaanpembuktian DNA sebagai bahan informasi genetik dilakukan melalui pelabelan DNAdengan 32P dan protein dengan 35S asal virus bakteriofag T2. Hasil analisis bakteri yangterinfeksi dalam sel bakteri kemudian mengendalikan metabolisme sel bakteri gunakepentingan bakteriofag, biosintesis DNA, dan protein bakteriofag. Sebaliknya sedikit sekaliyang mengandung 35S (protein bakteriofag induk).Pada tahun 1953, James D. Watson, ahli Biokimia Amerika Serikat dan FrancisCrick, ahli biofisika Inggris, mampu mengidentifikasi rantai asam deoksiribonukleat di dalamkromosom inti sel, tempat rantai DNA bernaung. Struktur yang ditemukan adalah rantai ganda
  3. 3. antiparalel, yang terbukti membawa ribuan gen yang menentukan sifat-sifat mahluk hidup.Sekarang tidak terbantahkan lagi bahwa DNA merupakan materi genetikSecara ringkas, penemuan DNA sebagai materi genetic, dapat dijeskan sebagai berikut :1. Ditemukannya DNA sebagai senyawa khas kromosomHal ini ditemukan melalui studi pewarnaan mikroskopik oleh Robert Fuelgen.Fuelgen menunjukkan bahwa DNA yang dipanaskan dengan asam fuksin akan timbulwarna merah tua yan g mengkilat. Sepuluh tahun kemudian, saat penemuan Fuelgenditerapkan pada sel hidup, ternyata tidak merusak sel atau jaringan. Kromosom munculdengan warna yang jelas, sedangkan bagian sel yang lain tidak berwarna. Dari hasil inikemudian disimpulkan bahwa kromosom mengandung DNA, dan DNA merupakanmaterial khas kromosom yang tidak terdapat pada bagian lain. Saat ini, telah diketahuiternyata DNA juga terdapat pada sitoplasma, seperti pada mitokondria dan plastid.2. Ditemukannya peran DNA dalam transformasi bakteriOswald T. Avery dan peneliti lain dari Rockefeller Institut pada 1944 berhasilmembuktikan bahwa bahan genetik yang terlibat dalam proses transformasi adalah DNA.Proses transformasi sebelumnya dikemukakan oleh F. Griffith (1928) dalam percobaanyamenggunakan bakteri Streptococcus pneumonia galur R (tidak berkapsul) dan galur S(berkapsul). Griffith menunjukkan adanya proses transformasi melalui percampuran galurbakteri R yang hidup dengan galur S yang dimatikan, yaitu bahwa galur R hidup yangberubah sifat m enjadi berkapsul akibat adanya bahan-bahan dari galur S yang telahdimatikan masuk kedalam selnya. Percobaan tersebut diteruskan Avery denganmengisolasi molekul kimia pecahan galur S, kemudian dipisahkan. Bahan yang berhasildipisahkan adalah ternyata adalah DNA, RNA, protein, polisakarida, dan lipid. Molekul-molekul tersebut diuji dengan mencampurkan nya dengan bakteri R, ditambah denganenzim pengurai DNase, Rnase, Protease. Ternyata bakteri yang tidak dicampur DNAterjadi mengalami transformasi, sedang yang diberi DNase tidak. Hal ini berarti bahwaDNA berperan dalam proses transformasi dan merubah sifat bakteri.3. Ditemukannya DNA pada virus yang di wariskan pada generasi berikutnya secara fisik
  4. 4. Hershey dan Chase (1952) menemukan bahwa DNA merupakan bahan genetik yangdiwariskan, bukan mantelnya. Proses penelitian sebagai berikut: E. coli ditumbuhkan padamedia yang diberi radioisotope S35sebagai penanda protein (mantel virus) dan P32sebagaipenanda DNA bakteriofage T2 diinfeksikan pada E. coli , sehingga m enggunakan unsur-unsur pada sel inang untuk m enyusun kromosom dan m antel, termas uk juga radioisotopyang telah diabsorbsi bakteri Terdapat 2 macam fage, yaitu yang mengandung S35padamantel dan yang mengandung P32pada kromosom fage menginfeksi bakteri ya ngditumbuhkan pada media biasa tanpa radioisotope. Dari bakteri yang diserang fagebertanda S35tidak diperoleh virus ber-radioisotop, sedang yang diserang fage bertanda P32diperoleh virus ber-radioisotop Hal ini menandakan bahwa DNA-lah yang diwariskan padagenerasi berikutnyaSTRUKTUR DNA (Asam deoksiribonukleat)Bagian terbesar dari DNA terdapat di dalam kromosom. Sedikit DNA terdapat juga didalam organel seperti mitokondria dari tumbuhan dan hewan, dan dalam kloroplast dariganggang dan tumbuhan tingkat tinggi. Ada perbedaan nyata antara DNA yangterdapat didalam kromosom dan di dalam mitokondria maupun kloroplast. DNA di dalam mitokondriadan kloroplast tidak ada hubungannya dengan protein histon dan bentuk molekulnya bulatseperti yang terdapat pada bakteri dan ganggang biru. Sel tumbuhan dan hewan mengandungkira-kira 1000 kali lebih banyak DNA daripada yang dimiliki sel bakteri.Asam nukleat tersusun atas nukleotida (mononukleotida), yang bila terurai terdiridari gula, fosfat dan basa yang mengandung nitrogen. Basa nitrogen dan gula pentosadeoksiribosa melalui ikatan glikosida membentuk molekul nukleosida. Ikatan glikosidatersebut terjadi antara atom C-1 gula pentosa dengan atom N-1 pirimidin atau atom N-9 purin.Karena banyaknya nukleotida yang menyusun molekul DNA, maka molekul DNAmerupakan suatu polinukleotida.Tiga komponen dasar molekul DNA yaitu:1. Gula. Molekul gula yang menyusun DNA adalah sebuah pentosa, yaitu deoksiribosa2. Fosfat. Molekul fosfatnya berupa PO4.3. Basa. Basa nitrogen yang menyusun molekul DNA dibedakan atas:
  5. 5. a. Kelompok pirimidin. Kelompok ini dibedakan atas basa: - sitosin (S)- timin (T)b. Kelompok purin. Kelompok ini dibedakan atas basa: - adenin (A) - guanin (G)Struktur fisik dan kimia DNA dikemukakan James D. Watson dan Francis Crick.DNA mempunyai dua rantai polinukleotida anti-paralel dalam heliks ganda. Ciri-ciri utamamodel DNA heliks ganda yang diusulkan Watson dan Crick adalah sebagai berikut:1. Molekul DNA mengandung dua rantai polinukleotida yang terikat satu dengan yang laindalam heliks ganda putar kanan.2. Diameter heliks ganda tersebut adalah 2 nm.3. Kedua rantai antiparalel (polaritas berlawanan), yaitu kedua rantai berorientasi dalam arahberlawanan satu rantai arah 5’ ke 3’ dan rantai lain dari 3’ ke 5.4. Kerangka gula fosfat berada pada di sisi luar heliks ganda sementara basa terorientasipada pusat sumbu.5. Basa-basa rantai yang berlawanan diikat bersama melalui ikatan hydrogen. Basa A elaluberpasangan dengan T (dua ikatan hydrogen) dan G dengan C (tiga ikatan hydrogen).6. Pasangan basa terpisah 0,34 nm (34 Å) dalam heliks ganda. Putaran penuh (3600) heliksmengambil 3,4 nm (0,34 Å), sehingga ada 10 pasang basa setiap putaran.7. Dua rantai yang mengikat pasangan basa pada cincin gulanya tidak berlawanan secaralangsung. Karena tulang punggung dua gula fosfat dari heliks ganda tidak sama panjangdalam sumbu heliks sehingga menghasilkan lekukan antara tulang punggung. Lekukanmemiliki ukuran yang sama, sehingga disebut lekukan besar (mayor groove) dan lekukankecil (minor groove)Kedua ujung rantai DNA linear dapat terikat secara kovalen satu sama lain membentukstruktur lingkaran. Struktur tersebut dapat berbentuk acak (berlilitan) dan sirkular terbuka.Pelilitan merupakan struktur DNA yang tertutup secara kovalen karena rantaipolinukleotidanya tetap utuh. Struktur ini tidak mempunyai ujung 5’ atau 3’ bebas. Jika salahsatu rantai polinukleotida putus, maka heliks ganda akan kembali ke bentuk normalnyasebagai sirkular terbuka. Beberapa contoh struktur DNA berlillitan adalah DNA virus ST-40,DNA plasmid bakteri.Penelitian lanjutan oleh Wilkins dan kawan-kawan menemukan 3 macam strukturDNA dan dinamakan struktur A, B, dan Z. Model struktur DNA paling stabil adalah strukturB, seperti yang dikemukakan oleh Watson & Crick. Heliks ganda di alam (dalam larutan)
  6. 6. umumnya memiliki putar ke kanan (DNA-B). bila DNA memiliki basa purin dan pirimidinberselang seling, terdapat kecenderungan bentuk B berubah menjadi bentuk Z yangmembentuk heliks zigzag. Bentuk A putar kiri, di antaranya terjadi bila rantai DNA berubahmenjadi tunggal untuk kemudian berpasangan dengan RNA.Penelitian Chargaff (1955) melalui hidrolisis DNAmembuktikan bahwa pada berbagaimacam makhluk ternyata banyaknya adenin selalu kira-kira sama dengan banyaknyatimin (A = T), demikian pula dengan sitosin dan guanin (S = G). Dengan perkataanlain,aturan Chargaff menyatakan bahwa perbandingan A/T dan S/G selalu mendekati satu.Peranan DNA sebagai materi genetikDNA sebagai materi genetik berperan dalam menentukan sifat organisme, yaitumengendalikan proses pembentukan rantai protein dengan cara menyandikan protein. Salahsatu protein terpenting dalam organisme, yaitu sebagai katalisator reaksi biokimia. Semuareaksi dalam proses metabolisme selular memerlukan enzim sebagai katalisatornya. Tiapenzim memiliki fungsi khas, yaitu sebagai katalisator reaksi biokimia tertentu. Enzim-enzimini pembentukannya berada dibawah kendali DNA. Proses ini dilaksanakan melalui penentuansusunan nukleotida molekul RNA, yang kemudian diterjemahkan dalam susunan asam aminodari rantai polipeptida protein. Penyandian menggunakan kode genetika tertentu, untukmenandai informasi genetik yang dibawa oleh DNA. Kode tersebut dibuat untuk menandaiinformasi genetik yang dibawa oleh DNA, dituliskan dalam untaian huruf yang disusun oleh4 m acam basa nukleotida A (Adenin), G (Guanin), C (Sitosin) dan T (Timin). Setiap 3 hurufyang berurutan menyandi satu macam asam amino tertentu dan disebut dengan kodon.Pengunaan kode ini berkembang ketika ilmuwan dari lembaga penelitian Nationalinstitutes of health yaitu Marshall Nirenberg dan J. Matthaei pada tahun 1961 menemukanuntuk pertama kalinya kodon ini. Karena kodon dis usun dengan variasi 4 huruf dengansusunan 3 huruf berurutan maka dengan perhitungan matematika didapatkan 4x4x4 =64macam ke mungkinan ko binasi huruf-huruf dari basa nukleotida yang m enyusun kodontersebut dan inilah yang disebut dengan standar kode genetika yang m enyandi asam aminopenyusun protein tertentu secara spesifik. Terdapat 20 macam asam amino standar yangdigunakan untuk menyusun protein di dalam tubuh kita. Tiap -tiap asam amino memiliki
  7. 7. karakter spesifik baik struktur, berat molekul, titik isoelektrik maupun muatannya. Karena jumlah variasi kodon ada 64 sedang asam amino yang disandi hanya 20 kalau ditambah denganstop kodon m enjadi 23 m aka satu jenis asam amino bisa disandi oleh lebih dari satu urutankodon, variasi ini umumnya terdapat pada nukleotida ketiga dari setiap kodonnya, kondisi inijustru malah menguntungkan, karena bila terjadi mutasi pada nukleotida ketiga bisa jadi tidakmerubah jenis asam amino yang disandi dan hasil akhirnya protein tidak berubah dan tidakterjadi kelainan, kondisi seperti ini yang dikenal dengan istilah mutasi tersaarkan ( silentmutation). Telah ditemukan suatu cara mudah untuk menterjemahkan kode genetik kedalamsuatu jenis asam amino tertentu, yaitu menggunakan piramida kode genetika). Asam aminodisandikan dengan tiga macam sandi, dimana ketiga sandi tersebut dapat dilihat padapiramida. Cara menterjemahkan: Lihat kode pertama asam amino, kemudian temukan padabaris pertama piramida (akan terpilih salah satu dari 4 piramida). Kemudian lihat kode keduapada baris kedua dari piramida yang terpilih. Setelah itu, lihat kode ketiga pada baris ketigapiramida . Jenis asam amino yang disandikan dapat dilihat pada bagian bawah piramida.Manfaat DNA dan Gen dalam teknologiDi temukannya DNA sebagai m ateri genetik telah memberi kontribusi pada berbagaibidang keilmuan yang bermanfaat untuk masyarakat yaitu di bidang:(1) Rekayasa genetikBiologi modern dan biokimia menggunakan teknologi rekombinan DNA secarintensif. Rekombinan DNA adalah sekuens DNA buatan manusia yang dibangun dari sekuensDNA Rekombinan DNA tersebut dapat ditransform kedalam organisme dalam bentukplasmids menggunakan viral vektor. Organisme yang telah tertransformasi tersebut dapatdigunakan untuk memperoleh produk tertentu, misalnya protein rekombinan, yang dapatdigunakan untuk penelitian kedokteran.(2) ForensikDNA digunakan untuk identifikasi pada sample darah, semen, kulit, air liur danrambut sebagai sidik jari DNA atau lebih tepatnya profiling DNA. Pada profiling DNA untukmembedakan identitas antar individu digunakan metode minisatelite yang mendasarkan pada
  8. 8. panjang dan jenis bagian DNA berulang. Teknik ini biasanya sangat diandalkan untukmengidentifikasi pelaku kejahatan. Profiling DNA pertama kali dikembangkan tahun 1984oleh ahli genetik Inggris Sir Alec Jeffreys dan pertama kali digunakan dalam ilmu forensikpada kasus pembunuhan Enderby pada tahun 1988. Profiling DNA juga dapat digunakanuntuk mengidentifikasi korban pada kasus kecelakaan massal.(3) BioinformatikaBioinformatika mencakup manipulasi, pencarian dan penggalian data sekuens DNA.Perkembangan teknik penyimpanan dan pencarian sekuens DNA telah memicu ke majuanpenerapan ilmu komputer terutama string searching algorithms, machine learning dandatabase theory.(4) DNA dan komputasiDNA pertama kali digunakan dalam penghitungan masalah Hamiltonian path,sebuah masalah NP-complete. Komputasi DNA bermanfaat pada kom puter elektronik dalampenggunaan daya, ruang dan efisiensi karena kemampuannya menghitung pada sebuah carayang sangat paralel. Sejumlah masalah lain termasuk simulasi mesin abstrak, masalah booleansatisfiability telah dapat dianalisis menggunakan komputasi DNA. Karena kekompakannya,DNA juga memiliki peranan teoritis dalam cryptography.

×