Resume Genet Chp.5.docx

Chapter 5 GENETIC MATERIAL: Properties and Replication

GEN pertama kali terdeteksi dan dianalisis oleh seorang ilmuan yang bernama Mendel kemudian banyak ilmuwan lain yang mengembangkannya dengan mengikuti pola penularan dari generasi ke generasi. Studi-studi pada saat itu hanya menjelaskan sifat pewarisan pada organisme hidup, tidak memberikan wawasan tentang struktur atau komposisi molekul gen. Studi selanjutnya menetapkan korelasi yang tepat antara pola penularan gen dari generasi ke generasi dan perilaku kromosom selama reproduksi seksual. Eksperimen ini memberikan bukti awal yang kuat bahwa gen terletak pada kromosom. Jadi, untuk menyelidik masalah penurunan sifat para ilmuwan mulai dengan menyelidiki komposisi biokimia kromosom. Apa pun komposisi kimianya, jelas bahkan pada zaman Mendel bahwa materi genetik harus memenuhi dua persyaratan utama. 1. Fungsi atau replikasi genotipe. Materi genetik harus mampu menyimpan informasi genetik dan mentransmisikan informasi ini dari orang tua kepada keturunannya. 2. Fungsi fenotipe atau ekspresi gen. Bahan genetik harus mengendalikan perkembangan fenotipe organisme, baik itu virus, bakteri, tanaman, atau hewan seperti manusia. Artinya, materi genetik harus menentukan pertumbuhan dan diferensiasi organisme dari zigot bersel tunggal hingga dewasa dewasa. Kromosom terdiri dari dua jenis molekul organik besar (makromolekul) yang disebut protein dan asam nukleat. Asam nukleat terdiri dari dua jenis: asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). Selama bertahun-tahun, ada banyak perbedaan pendapat di antara para ilmuwan mengenai mana dari ketiga makromolekul ini yang membawa informasi genetik. Selama tahun 1940-an dan awal 1950-an, beberapa percobaan telah dilakukan yang dengan jelas menetapkan bahwa informasi genetik berada dalam asam nukleat daripada dalam protein. Lebih khusus, percobaan ini menunjukkan bahwa informasi genetik berada di dalam DNA. DNA “THE GENETIC MATERIAL” Beberapa bukti telah lama menyatakan bahwa DNA mengandung informasi genetik organisme hidup. Yang paling penting, hasil yang diperoleh tersebut adalah dengan menggunakan beberapa prosedur eksperimental yang berbeda menunjukkan bahwa sebagian besar DNA terletak di kromosom sedangkan RNA dan protein juga berlimpah di sitoplasma. Selain itu, ada korelasi yang tepat antara jumlah DNA per sel dan jumlah kromosom per sel. Yaitu sebagian besar sel somatik dari organisme

diploid mengandung tepat dua kali jumlah DNA daripada sel kuman haploid atau gamet dari spesies yang sama. Akhirnya, komposisi molekul DNA di semua sel yang berbeda dari suatu organisme adalah sama (dengan pengecualian langka), sedangkan komposisi RNA dan protein bervariasi baik secara kualitatif maupun kuantitatif dari satu jenis sel ke yang lain. Transformasi dalam Pneumococcus Bukti langsung pertama yang menunjukkan bahwa materi genetik adalah DNA daripada protein atau RNA diterbitkan oleh OT Avery, CM Macleod, dan M. McCarty pada tahun 1944. Mereka menunjukkan bahwa komponen sel bertanggung jawab atas fenomena transformasi dalam bakteri Diplococcus pneumoniae (pneumococcus) adalah DNA. Transformasi adalah cara rekombinasi (pertukaran atau transfer informasi genetik antara organisme atau dari satu organisme ke organisme lain) yang terjadi tidak pada semua spesies bakteri. Proses Ini tidak melibatkan kontak langsung antara sel-sel bakteri atau mediasi oleh vektor seperti virus. Fenomena transformasi ditemukan oleh Frederick Griffith pada tahun 1928. Harus ditekankan bahwa meskipun percobaan Griffith mendemonstrasikan terjadinya transformasi pada pneumococcus tapi belum dapat memberikan bukti bahwa DNA terlibat dalam cara apa pun, akan tetapi hanya menunjukkan keragaman genetik yang dapat dikenali dengan adanya berbagai fenotipe. Dua karakteristik fenotipik penting dalam demonstrasi transformasi Griffith adalah (1) ada atau tidak adanya kapsul polisakarida (polimer gula kompleks) di sekitarnya, dan (2) jenis kapsul, yaitu, komposisi molekul spesifik polisakarida hadir dalam kapsul. Ketika ditanam di media yang sesuai (seperti agar darah) dicawan petri, pneumokokus dengan ciri memiliki kapsul besar dan koloni halus disebut Tipe S. Pneumokokus yang dienkapsulasi ini cukup patogen bagi sebagian besar mamalia (misalnya, menyebabkan pneumonia pada manusia). Virus pneumokokus (penyebab penyakit) tipe S ini bermutasi menjadi bentuk nonvirulen (atau nonpathogenik) yang tidak memiliki kapsul polisakarida. Pneumococci yang tidak berkapsul dan nonvirulent membentuk koloni kecil yang memiliki permukaan kasar ketika ditumbuhkan pada media agar darah dan dengan demikian disebut Tipe R. (kapsul polisakarida diperlukan untuk virulensi karena melindungi sel bakteri terhadap fagositosis oleh leukosit). Ketika kapsul hadir, mungkin bisa juga memiliki beberapa tipe antigenik yang berbeda tergantung pada komposisi molekul spesifik polisakarida dan pada genotipe sel. Jenis kapsul yang berbeda dapat diidentifikasi secara imunologis. Jika sel Tipe II disuntikkan ke dalam aliran darah kelinci, sistem kekebalan kelinci akan menghasilkan antibodi (satu set khusus protein besar yang fungsinya untuk melindungi organisme terhadap zat asing seperti makromolekul, virus, dan bakteri) yang bereaksi secara spesifik dengan sel Tipe II. Antibodi Tipe II seperti itu akan menggumpalkan pneumokokus Tipe II tetapi bukan pneumokokus Tipe III, dan sebaliknya.

Bukti bahwa "Prinsip Transformasi" Adalah DNA "Prinsip transformasi" ditunjukkan menjadi DNA pada tahun 1944 ketika Avery, MacLeod, dan McCarty menerbitkan hasil dari serangkaian eksperimen. Mereka menunjukkan bahwa DNA adalah prinsip transformasi melibatkan penggunaan enzim (protein yang mengkatalisasi reaksi metabolik spesifik) yang menurunkan DNA, RNA, atau protein. Dalam percobaan terpisah, DNA yang sangat murni dari sel Tipe IIIS diobati dengan (1) deoksiribonuklease ("DNase, yang mendegradasi DNA), (2) ribonuklease (" RNase "yang mendegradasi RNA), atau (3) protease (yang mendegradasi protein) dan kemudian diuji kemampuannya untuk mengubah sel-sel Tipe IIR menjadi Tipe IIIS. Hanya DNase yang memiliki efek pada aktivitas transformasi dari persiapan DNA; itu benar-benar menghilangkan semua aktivitas transformasi. Meskipun mekanisme molekuler dimana transformasi masih tetap ada. Pada penyelidikan berikutnya, hasil yang diperoleh oleh Avery dan rekan kerja dengan jelas menetapkan bahwa informasi genetik dalam pneumococcus hadir dalam DNA. Kita sekarang tahu bahwa segmen DNA dalam kromosom pneumococcus yang membawa informasi geologis menentukan sintesis Tipe III kapsul secara fisik diintegrasikan ke dalam kromosom sel penerima Tipe IIR oleh proses rekombinasi spesifik yang terjadi selama transformasi. "Eksperimen Hershey-Chase" Bukti langsung tambahan yang menunjukkan bahwa DNA adalah materi genetik diterbitkan pada tahun 1952 oleh A D. Heryy (pemenang Hadiah Nobel 1969) dan M. Chase. Eksperimen ini menunjukkan bahwa informasi genetik dari virus bakteri tertentu (bacteriophage T2) hadir dalam DNA. Hasil mereka, meskipun mungkin kurang pasti dari hasil Avery, Macleod, dan Mc-Carty, memiliki dampak besar pada penerimaan oleh para ilmuwan DNA sebagai bahan genetik. Dampak besar ini tidak diragukan lagi adalah hasil dari kesederhanaan yang elegan dari apa yang disebut "eksperimen Hershey-Chase." Virus adalah organisme hidup terkecil, mereka hidup setidaknya dalam arti bahwa reproduksi mereka dikendalikan oleh informasi genetik yang tersimpan dalam Asam nukleat melalui proses yang sama seperti pada organisme seluler. Namun, virus adalah parasit obligat aselular yang hanya dapat bereproduksi dalam sel inang yang sesuai. Reproduksi mereka sepenuhnya tergantung pada mesin metabolisme dari inang. Virus sangat berguna dalam mempelajari banyak proses genetik karena strukturnya yang sederhana dan komposisi kimianya dan reproduksi yang sangat cepat. Bacteriophage T2, yang menginfeksi basil bersama Escherichia coli, terdiri dari sekitar 50 persen DNA dan sekitar 50 persen protein. Eksperimen sebelum 1952 telah menunjukkan bahwa semua reproduksi T2 bacteriophage terjadi di dalam sel E. coli. Karena itu, ketika Hershey dan Chase menunjukkan bahwa DNA partikel virus memasuki sel, sedangkan sebagian besar protein virus tetap terabsorpsi ke bagian luar sel, ini sangat menyiratkan bahwa informasi genetik yang diperlukan

untuk reproduksi virus adalah DNA. Dasar untuk Eksperimen Hershey-Chase adalah bahwa DNA mengandung fosfor tetapi tidak ada sulfur, sedangkan protein mengandung sulfur tetapi tidak mengandung fosfor.

Figure : The “Harsey-Chase experiment” Bakteri berlabel diinfeksi dengan bakteriofag; Bakteriofag berbiak di dalam bakteri berlabel, terjadi lisis, dan fage fage baru dilepaskan dengan label 35S ataupun 32P; Fagefage berlabel digunakan untuk menginfeksi bakteri tak berlabel; Bakteri yang terinfeksi dibebaskan, secara pemecahan mekanis, dari fage teradopsi.

RNA sebagai Bahan Genetik dalam Virus Kecil Semakin banyak virus diidentifikasi dan dipelajari, menjadi jelas bahwa banyak dari mereka mengandung RNA dan protein, tetapi tidak ada DNA. Dalam semua kasus yang diteliti hingga saat ini, jelas bahwa "virus RNA" ini menyimpan informasi genetik mereka dalam asam nukleat protein seperti halnya semua organisme lain, meskipun dalam virus ini asam nukleatnya adalah RNA. Salah satu percobaan pertama yang menetapkan RNA sebagai bahan genetik dalam virus RNA adalah apa yang disebut percobaan rekonstitusi dari H. Fraenkel-Conrat dan B. Singer, yang diterbitkan pada tahun 1957. Percobaan dilakukan dengan tembakau mosaik virus (TMV), virus kecil yang terdiri dari molekul RNA tunggal yang dikemas dalam mantel protein. Strain TMV yang berbeda dapat diidentifikasi berdasarkan perbedaan komposisi kimia dari mantel protein mereka. Dengan menggunakan perawatan kimia yang tepat, seseorang dapat memisahkan mantel protein TMV dari RNA. Selain itu, proses ini bersifat reversibel; dengan mencampurkan protein dan RNA dalam kondisi yang tepat, "pemulihan" akan terjadi, menghasilkan partikel TMV infektif yang lengkap. Fraenkel-Conrat dan

Singer mengambil dua jenis TMV yang berbeda, memisahkan RNA dari mantel protein, dan menyusun kembali virus "campuran" dengan mencampurkan protein dari satu galur dengan RNA dari galur kedua, dan sebaliknya. Ketika campuran vi campuran ini digunakan untuk menginfeksi daun tembakau, virus progeni yang dihasilkan selalu ditemukan secara fenotipikal dan secara genotip identik dengan strain induk dari mana RNA diperoleh. Dengan demikian, informasi genetik TMV disimpan RNA, bukan dalam protein.

Question: Mengapa dalam kenyataanya, percobaan Harsey-Chase tidak membuktikan bahwa DNA adalah material genetic fage? Answer: Karena sekitar 20% label 35S memasuki inang bersama DNA, dan hal ini dapat dibuat argumentasi untuk menyatakan bahwa protein membawa informasi genetik.