Dna

PENDAHULUAN Latar belakang Bioteknologi merupakan ilmu “tua” yang menjadi muda berkat sebuah revolusi ilmu pengetahuan. Sudah sejak 8000 tahun yang lalu, bangsa Mesir kuno menggunakan sejenis mikroba yeast Saccharomyces atau ragi untuk pembuatan roti dan minuman anggur. Ragi itu merubah gula dalam cairan anggur menjadi alkohol. Penggunaan mikroba lainnya dikenal dalam pembuatan keju seperti jenis Roquefort, Gorgonzala, Brie dan yang mungkin lebih terkenal, jenis Camembert di pusat pembuatan keju dunia yaitu Swiss. Lebih dekat kepada kita, nenek moyang bangsa Indonesia telah menggunakan kapang yang lain yaitu Rhizopus untuk membuat tempe dari kedelai. Semua ini adalah penggunaan mikroba atau mikroorganisme pada tingkat sel untuk tujuan pangan. Ilmu tua bioteknologi adalah penggunaan jasad renik atau makhluk hidup secara umum pada tingkat sel atau disebut seluler. Bioteknologi adalah penggunaan organisme hidup dan komponennya dalam bidang pertanian, pangan dan proses-proses industri lainnya. Penggunaan terpadu biokimia, mikrobiology dan ilmu keteknikan untuk mewujudkan aplikasi teknologi dari mikro-organisme, kultur jaringan dan bagian-bagian lainnya. produk yang berguna. Bioteknologi dalam perikanan yaitu dengan teknologi DNA, RNA, dan protein diaplikasikan untuk melengkapi pegetahuan dasar tentang struktur DNA, RNA, dan protein dan terapanya menggunakan teknik – teknik baru untuk memproduksi substansi penting dalam sifat organisme. Salah satu basic bioteknologi dalam perikanan adalah aqua genom. Tujuan Sebagai salah satu tugas terstruktur mata kuliah bioteknologi dan meningkatkan pemahaman tentang DNA,RNA, dan protein serta penerapanya dalam dunia perikanan salah satunya aqua genom. POKOK PEMBAHASAN Apa itu DNA, RNA dan Protein?

DNA (deoxyribonucleic acid) atau asam deoksiribosa nukleat (ADN) merupakan tempat penyimpanan informasi genetic. Menurut Klug dan Cummings 1994, DNA adalah asam nukleat yang mengandung materi genetic dan berfungsi sebagai pengatur perkembangan biologis seluruh bentuk kehidupan secara seluler. DNA terdapat dalam nucleus, mitokondria dan kloroplas. DNA juga dapat diartikan sebagai material khas kromosom yang tidak terdapat pada bagian lain atau pada bagian lain yang tidak terdapat konsentarsi yang cukup untuk dapat memperlihatkan warna (Robert Feulgen). DNA juga merupakan serangkaian molekul tersusun dari basa purin (adenine dan guanine) dan pirimidin (timine dan cytosine) serta gula dan phosphate sebagai bahan dasar penyusun gen.

Struktur DNA Pada tahun 1953, Frances Crick dan James Watson menemukan model molekul DNA sebagai suatu struktur heliks beruntai ganda atau yang lebih dikenal

dengan heliks ganda Watson – Crick. DNA merupakan makromolekul polinukleotida yang tersusun atas polimer nukleotida yang berulang – ulang, tersusun rangkap, membentuk DNA haliks ganda dan berpilin ke kanan. Setiap nukleotida terdiri atas tiga gugus molekul yaitu: 1. Gula 5 karbon (2-deoksiribosa). 2. basa nitrogen yang terdiri golongan purin yaitu adenin (Adenin = A) dan

guanin (guanini = G), serta golongan pirimidin, yaitu sitosin (cytosine = C) dan timin (thymine = T). 3. gugus fosfat. Rantai gula fosfat Basa-basa berpasangan

Gambar 2 Struktur doubel helix DNA (Watson and Cricks, 1953) DNA Sebagai Materi Genetik DNA mempunyai peran penting dalam transformasi materi genetik, istilah transformasi awalnya digunakan untuk menjelaskan kejadian perubahan genetik dari sel bakteri akibat adanya benda asing yang masuk atau diambil oleh bakteri tersebut. Namum dengan ditemukannya bahwa benda asing tersebut adalah DNA pengertian transformasi disini adalah proses pengambilan DNA asing oleh suatu sel yang mengambilnya melalui proses rekombinasi. Beberapa pembuktian yang menjelaskan masalah tersebut adalah sebagai berikut :

1. F. Griffith (1928): 1. Noncapsulated pneumococci (non pathogen). 2. Capsulated pneumococci: pathogen, mematikan mencit. 3. Noncapsulated pneumococci (hidup) + capsulated pneumococci yang

telah mati mematikan mencit. 4. Ada transforming factor. DNA merupakan Senyawa Khas Kromosom Pembuktian pertama dilakukan dengan cara pewarnaan kromosom dalam studi mikroskopik. Seorang ahli kimia dari Jerman Robert Feulgen, telah menunjukan bahwa bila DNA dipanaskan dengan asam fuchsin akan timbul warna merah tua yang mengikat. Percobaan tersebut dilaksanankan di dalam tabung reaksi dan sepuluh tahun kemudian hasil penemuan Feulgen diterapkan pada sel hidup. Ternyata perlakuan itu tidak merusak sel atau jaringan, kromosom muncul dengan warna yang jelas dan bagian selnya tidak berwarna. Kekhasan DNA pada kromosom yang sebelumnya telah diakui sebagai organel tempat gen, mendorong orang untukl menyimpulkan bahwa DNA merupakan bahan dasr penyusun gen. Replikasi DNA Replikasi adalah peristiwa sintesis DNA.Saat suatu sel membelah secara mitosis, tiap-tiap sel hasila pembelahan mengandung DNA penuh dan identik seperti induknya.Dengan demikian, DNA harus secara tepat direplikasi sebelum pembelahan dimulai.Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai nukleotida baru dari rantai nukleotida lama.Proses komplementasi pasangan basa menghasilkan suatu molekul

DNA

baru

yang

sama

dengan

molekul

DNA

lama

sebagai

cetakan.Kemungkinan terjadinya replikasi dapat melalui tiga model. 1. Model konservatif yaitu dua rantai DNA lama terpisah dan rantai yang berfungsi sebagai cetakan untuk dua rantai DNA baru. 2. Model semikonservatif yaitu dua rantai DNA lama terpisah dan rantai baru

disintesis dengan prinsip komplementasi pada masing – masing rantai DNA lama tersebut.

3. Model dispertif yaitu beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama digunakan

sebagai cetakan untuk sintesis rantai DNA baru.

Berikut adalah gambaran replikasi yang terjadi terhadap DNA : Dari ketiga model replikasi tersebut, model semikonservatif merupakan model yang tepat untuk proses replikasi DNA.Replikasi DNA semikonservatif ini berlaku bagi organisme prokariot maupun eukariot.Perbedaan replikasi antara organisme prokariot dengan eukariot adalah dalam hal jenis dan jumlah enzim yang terlibat, serta kecepatan dan kompleksitas replkasi DNA.Pada organisme eukariot, peristiwa replikasi terjadi sebelum pembelahan mitosis, tepatnya pada fase sintsis dalam siklus pembelahan sel. Isolasi DNA DNA juga dapat diisolasi, baik pada manusia maupun pada tumbuhan. DNA manusia dapat diisolasi melalui darah. Darah manusia terdiri atas plasma darah, globulus lemak, substansi kimia (karbohidrat, protein dan hormon), dan gas (oksigen, nitrogen dan karbon dioksida). Plasma darah terdiri atas eritrosit (sel darah merah), leukosit (sel darah putih) dan trombosit (platelet). Komponen darah yang diisolasi yaitu sel darah putih. Sel darah putih dijadikan pilihan karena memiliki nukleus, di mana terdapat DNA di dalamnya. DNA pada tumbuhan juga dapat diisolasi, contohnya pada tumbuhan bawang merah (Allium cepa) dan pada pisang (Musa sp.) (Kimball 2005: 8; Kent & Carr 2001: 317) Fungsi dan peranan DNA adalah untuk menentukan sifat – sifat organisme. Timbul pertanyaan bagaimana caranya DNA dapat berperan dalam proses kehidupan?. Dalam sel DNA berperan dengan cara mengandilkan proses pembentukan rantai protein. Protein merupakan salah satu senyawa penting dalam kehidupan organisme. Protein terdapat dalam berbagai bentuk seperti enzim, protein pengangkut, protein cadangan, antibody, hormone dan sebagainya. RNA

RNA ( ribonucleic acid ) atau asam ribonukleat merupakan makromolekul yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik.RNA sebagai penyimpan informasi genetik misalnya pada materi genetik virus, terutama golongan retrovirus.RNA sebagai penyalur informasi genetik misalnya pada proses translasi untuk sintesis protein.RNA juga dapat berfungsi sebagai enzim ( ribozim ) yang dapat mengkalis formasi RNA-nya sendiri atau molekul RNA lain.

Gambar 2 Sruktur dari RNA

Struktur RNA RNA merupakan rantai tungga polinukleotida.Setiap ribonukleotida terdiri dari tiga gugus molekul, yaitu : 1. 5 karbon 2. basa nitrogen yang terdiri dari golongan purin (yang sama dengan DNA) dan golongan pirimidin yang berbeda yaitu sitosin (C) dan Urasil (U)

3. gugus fosfat Purin dan primidin yang berkaitan dengan ribose membentuk suatu molekul yang dinamakan nukleosida atau ribonukleosida, yang merupakan precursor dasar untuk sintesis DNA. Ribonukleosida yang berkaitan dengan gugus fosfat membentuk suatu nukleosida . RNA merupakan hasil transkripsi dari suatu fragmen DNA, shingga RNA merupakan polimer yang jauh lebih pendek dibandingkan DNA. Tipe RNA RNA terdiri dari tiga tipe, yaitu mRNA ( messenger RNA ) atau RNAd ( RNA duta ), tRNA ( transfer RNA ) atau RNAt ( RNA transfer ), dan rRNA ( ribosomal RNA ) atau RNAr ( RNA ribosomal ). RNAd RNAd merupakan RNA yang urutan basanya komplementer dengan salah satu urutan basa rantai DNA.RNAd membawa pesan atau kode genetik (kodon) dari kromosom (di dalam inti sel) ke ribosom (di sitoplasma).Kode genetik RNAd tersebut kemudian menjadi cetakan utnuk menetukan spesifitas urutan asam amino pada rantai polipeptida.RNAd berupa rantai tunggal yang relatif panjang.Berikut gambarnya : RNAr RNAr merupakan komponen struktural yang utama di dalam ribosom.Setiap subunit ribosom terdiri dari 30 - 46% molekul RNAr dan 70 - 80% protein. RNAt RNAt merupakan RNA yang membawa asam amino satu per satu ke ribosom.Pada salah satu ujung RNAt terdapat tiga rangkaian baa pendek ( disebut antikodon ).Suatu asam amino akan melekat pada ujung RNAt yang berseberangan dengan ujung antikodon.Pelekatan ini merupakan cara berfungsinya RNAt, yaitu membawa asam amino spesifik yang nantinya berguna dalam sintesis protein yaitu pengurutan asam amino sesuai urutan kodonnya pada RNAd. Tranfer RNA Transfer RNA mempunyai peranan yang sangat penting dalam

sintesis

protein, menyediakan molekul adaptor yang menyempurnakan translasi dari setiap

molekul triplet kedalam asam amino. Transfer RNA (tRNA) adalah molekul RNA yang membawa asam amino untuk membentuk polipeptida

(to the growing

polypeptide). Transfer RNA (singkatan tRNA) adalah RNA gugus kecil (biasanya sekitar 74-95 nucleotida) yang mentranfer asam amino spesifik untuk menyusun rantai polipeptida pada ribosom site dari sintesis protein selama proses translasi. Untuk tRNA yang berperan pada duplikasi yang mempunyai 3' 3' lokasi terminal untuk penyusunan asam amino. Hubungan covalent ini dikatalisasi oleh satu aminoacyl tRNA synthetase. Itu juga berisi tiga daerah dasar disebut anticodon bisa berasarkan kesesuaian pasangan tiga daerah codon terhadap mRNA. Masing-masing jenis dari molekul tRNA mungkin dihubungkan hanya satu jenis asam amino, tetapi karena kode genetik berisi berbagai codon yang menetapkan asam amino sama, molekul tRNA membawa anticodons yng berbeda boleh saja membawa asam amino sama.Aksi terakhir dari tRNA pada sintesis protein, semua tRNA berada di P dan A pada ribosome, dimana akhirnya mereka dapat berasosiasi dengan mRNA melalui pemasangan kodon dan anticodon. Sementara di akhir lainnya polipetida sedang ditransfer.Untuk sites P dan A menyambut semua tRNA. Pasangan terakhir harus sesuai dengan

bentuk dan ukuran umumnya. Setiap asam amino disusun atau

direpresentasikan oleh lebih dari satu tRNA. Multiple tRNA representing asam amino yang sama disebut dengan isoaccepting tRNAs. tRNAs harus berisi dengan

Group dari isoaccepting

aminoactyl-tRNA synthethase specific untuk

asam

aminonya Fungsi dan peranan RNA RNA dapat berperan sebagai materi genetic seperti pada virus atau sebagai penghubung DNA dengan protein pada semua organisme.

PEMANFAATAN KERAGAMAN GENETIK DALAM

PENGELOLAAN SUMBERDAYA HAYATI LAUT PERANAN GENETIK DALAM PENGELOLAAN SUMBERDAYA LAUT Indonesia sebagai salah satu pusat keanekaragaman hayati dunia yang memiliki Indeks Keanekaragaman Hayati (Biodiversity Index) tinggi. Lingkungan laut Indonesia dengan berbagai macam habitat yang ada di dalamnya tersebar luas di antara dua wilayah laut, wilayah paparan dan wilayah laut dalam. Terdapatnya dua paparan luas di bagian barat dan bagian timur Indonesia yang dipisahkan oleh laut yang dalam memberikan gambaran akan terdapatnya berbagai ragam jenis biota dan habitat (Tabel 1). Pengelolaan sumberdaya hayati laut telah didefinisikan sebagai penerapan IPTEK kelautan terhadap permasalahan pemanfaatan sumberdaya untuk memperoleh hasil optimum dalam kegiatan perikanan komersial. Untuk itu pengelolaan suatau sumberdaya hayati laut memerlukan pengetahuan yang mendasari prinsip-prinsip biologi, ekologi dari sumberdaya tersebut. Selama ini pengelolaan sumberdaya hayati laut pada umummnya hanya ditekankan pada pengertian yang sempit yaitu berapa kelimpahan dan ukuran biota yang akan di panen. Akibat dari fokus jangka pendek dan sempit tersebut, maka perspektif biologi dari pengelolaan sumberdaya telah didominasi pengetahuan tentang dinamika populasi dan ekologi terhadap pemahaman tentang pentingnya aspek genetika populasi. Akibat sempitnya pemahaman ini, mungkin dalam jangka pendek belum dapat dilihat dampaknya, namun dalam waktu jangka panjang akan menghadapi permasalahan yang sangat serius. Salah satu contoh kelimpahan dan ukuran ikan dalam populasi tidak dapat dijamin kelestariannya (sustainability) hanya dengan membuat keseimbangan antara rekruitmen dan panen (harvest), tetapi akan menyangkut kemampuan reproduksi, kelangsungan hidup (survival) yang sarat akan muatan genetik. Manajemen sumberdaya hayati laut yang berhasil tentunya akan pertimbangan aspek genetika populasi. PERBAIKAN STOK ALAMI MELALUI RESTOKING Mempertahankan keragaman genetik suatu populasi tidak selalu mudah dengan meningkatnya tekanan eksploitasi maupun dari pencemaran lingkungan. Salah satu contoh yang terjadi di perairan wilayah laut kawasan timur Indonesia dengan tingkat penangkapan yang tinggi di berbagai tempat dengan cara pengeboman ikan yang akibatnya akan merusak ekosistem terumbu karang yang pada akhirnya akan terjadi penurunan tingkat keragaman genetik yang cukup serius. Salah satu contoh yaitu ikan Napoleon (Cheilinus undulatus) yang populasi di alam semakin sedikit. Maka perlu adanya monitoring genetik sumberdaya hayati laut, sehingga tingkat kestabilan populasi akan diketahui. Jika kondisi seperti ini dibiarkan

tanpa dikontrol, bukan tidak mungkin di masa yang akan datang produksi ikan, udang, kepiting, teripang dan moluska dari perairan wilayah Indonesia akan semakin menurun dan bahkan suatu ketika akan terjadi kepunahan dari beberapa jenis. Salah satu contoh dari jenis bulu babi Tripneustes gratilla (Gambar 1) dan jenis ikan bandeng Chanos sp. (Gambar 2). Perbaikan kondisi menurunnya keragaman genetik suatu populasi dapat dilakukan (preventive) dengan mengurangi tingkat eksploitasinya. Cara lain yang dapat dilakukan untuk meningkatkan keragaman hayati suatu populasi dapat dengan introduksi individu-individu baru yang memiliki keragaman genetik yang lebih tinggi kedalam populasi lokal. Menurut TURNER dalam DEAN (1979) melakukan restoking adalah sebagai berikut : 1. Stok yang akan ditransfer harus memiliki komposisi genetik yang tidak jauh berbeda dengan populasi lokal, sehingga tidak terjadi hibridisasi. 2. Jangan sampai terjadi kompetisi dengan jenis lokal. 3. Populasi yang direstoking harus bebas dari penyakit. 4. Populasi yang direstoking harus dapat hidup dan bereproduksi.

MANFAAT KERAGAMAN GENETIK DALAM MARIKULTUR Konsep pemanfaatan keragaman genetik dalam marikultur sedikit agak berbeda dengan pemanfaatannya dalam pengelolaan sumberdaya hayati laut. Dalam pengembangan marikultur, keragaman genetik dipandang sebagai sumber gen. Dari sumber gen yang beragam, memungkinkan untuk mencari gengen unggul yang kemudian melalui proses seleksi, hibridisasi maupun transfer gen sehingga dapat dihasilkan suatu individuindividu yang memiliki keunggulan baik dari segi pertumbuhan, tahan terhadap penyakit maupun kemampuan adaptasi yang tinggi. Setelah didapatkan individu-individu unggul, maka tujuan marikultur adalah bagaimana memproduksi secara massal dan seragam. Pemanfaatan keragaman genetik sumberdaya hayati laut dalam marikultur, relatif belum banyak dilakukan di Indonesia, namun yang telah dilakukan umumnya adalah dari jenis ikan tawar, sedangkan untuk jenis ikan laut yang telah banyak dilakukan oleh negara lain adalah jenis ikan salmon. Dimana telah dilakukan seleksi induk secara intensif terhadap gen-gen spesifik dan sudah menghasilkan dalam keberhasilan produksi. Pada umumnya hasil seleksi telah mampu menghasilkan perubahan dalam metabolisme dan khususnya efisiensi pertumbuhannya. Negara Taiwan dan Hawai telah berhasil dalam melakukan seleksi untuk jenis ikan bandeng (Chanos chanos), dari benih yang diimpor ke Indonesia menunjukkan memiliki keunggulan

yang lebih khususnya dalam keseragaman ukuran dan kecepatan pertumbuhannya. Secara umum, pemanfaatan keragaman genetik sumberdaya hayati laut di Indonesia masih sangat kurang. Salah satu contoh dalam usaha persilangan induk udang windu (Penaeus monodon) telah dicoba dari beberapa populasi asal Aceh, Cilacap danSumbawa untuk memdapatkan benih yang tahan terhadap penyakit, namun hasilnya masih kurang memuaskan (SUGAMA et al., 1996).

PEMANFAATAN KERAGAMAN GENETIK LEWAT PROSES SELEKSI Proses seleksi dengan pemanfaatan keragaman genetik adalah untuk mendapatkan karakter unggul yang terdapat dalam suatu individu populasi. Dengan mendapatkan karakter unggul yang diharapkan misalnya : bentuk ukuran tubuh, bentuk warna ataupun bentuk lainnya, maka perlu dari populasi tersebut dicari individu-individu yang mempunyai dan memiliki karakter yang diinginkan. Selanjutnya dilakukan seleksi lewat suatu proses persilangan sampai mendapatkan individu yang murni. Dari karakter genetik yang murni ini seterusnya dilakukan persilangan sampai mendapatkan individu yang unggul. Individu-individu murni biasanya disebut “parent stock”. Proses seleksi ini dapat dilakukan secara alami ataupun buatan. Proses seleksi buatan lewat Ginogenesis dilakukan dengan pemurnian melalui segregasi, dalam proses ini pembuahan dilakukan di luar tubuh. Sedangkan melalui seleksi alami, hasil tersebut baru dapat diperoleh setelah lebih dari 3 generasi bahkan sampai tujuh generasi.

MATA KULIAH BIOTEKNOLOGI

TUGAS MATA KULIAH BIOTEKNOLOGI

O LEH: CARLES SUGARA NIM. 0810810032

PROGRAM STUDI MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 2007 KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahhmatnya, sehingga tugas paper mata kuliah Bioteknologi dapat selesai tepat pada waktunya. Judul tulisan yang dijadikan topik adalah Pengetahuan Tentang Bioteknologi khususnya mengenai DNA sebagai material genetik. Penulis mengucapkan terimah kasih yang sedalam-dalamnya kepada Ibu Uun Yahunar S.Pi,Msi. sebagai dosen mata kuliah Bioteknologi yang telah memberikan arahan dan bimbingannya. Penulis juga mengucapkan terimah kasih kepada temanteman dan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesain paper ini.

Kami menyadari tulisan ini masih banyak kekurangan. Untuk itu saran perbaikan dari pembaca sangat kami harapkan. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Malang, Maret 2009