Struktur Kimia Gen.docx

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Gregor mendel (1882-1884), seorang rahib Austria, mengadakan penyelidikan untuk membuka tabir rahasia keturunan melalui seperangkat eksperimen yang akan memberikan hasil-hasil yang berguna. Setiap makhluk hidup memiliki sifat yang berbeda-beda. Teori-teori Mendel terkenal dengan sebutan Hukum Keturunan Mendel. Dalam penelitiannya, Mendel menggunakan tanaman kapri atau ercis (Pisum sativum). Secara khusus ia ingin mengetahui hukum-hukum yang mengatur produksi hibrida. Ia berasumsi tentang adanya suatu bahan yang terkait dengan suatu sifat atau karakter yang dapat diwariskan. Ia menyebutnya ‘faktor’. Pada 1910, Thomas Hunt Morgan menunjukkan bahwa gen terletak di kromosom. Selanjutnya, terjadi ‘perlombaan’ seru untuk menemukan substansi yang merupakan gen. Banyak penghargaan Nobel yang kemudian jatuh pada peneliti yang terlibat dalam subjek ini. Pada saat itu DNA sudah ditemukan dan diketahui hanya berada pada kromosom (1869), tetapi orang belum menyadari bahwa DNA terkait dengan gen. Melalui penelitian Oswald Avery terhadap bakteri Pneumococcus (1943), serta Alfred Hershey dan Martha Chase (publikasi 1953) dengan virus bakteriofag T2, dari sini diketahui bahwa DNA adalah materi genetik. Gregor Mendel telah berasumsi tentang adanya suatu bahan yang terkait dengan suatu sifat atau karakter yang dapat diwariskan. Ia menyebutnya ‘faktor’. Pada 1910, Thomas Hunt Morgan menunjukkan bahwa gen terletak di kromosom. Selanjutnya, terjadi ‘perlombaan’ seru untuk menemukan substansi yang merupakan gen. Banyak penghargaan Nobel yang kemudian jatuh pada peneliti yang terlibat dalam subjek ini.

1

1.2 RumusanMasalah 1. Apa pengertian dan fungsigenetikaitu? 2. Apa saja komposisi kimiawi dan struktur asam nukleat? 3. Bagaimana DNA model Watson dan Crick? 4. Bagaimana replikasi DNA? 5. Apa itu sintesis protein, transkripsi, translasi, dan kode genetik? 6. Bagaimanaregulasidanrekayasagenetika?

1.3 Tujuan 1. Untuk mengetahui apa pengertian dan fungsi genetika 2. Untuk mengetahui komposisi kimiawi dan struktur asam nukleat 3. Untuk mengetahui bagaimana DNA model Waston dan Crick 4. Untuk mengetahui replikasi DNA 5. Untuk mengetahui sintesis protein, transkripsi, translasi, dan kode genetik 6. Untuk mengetahui bagaimana regulasi dan rekayasa genetik.

2

BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian dan fungsi genetika Gen adalah bagian dari kromosom atau salah satu kesatuan kimia (DNA) dalam kromosom yaitu dalam lokus yang mengendalikan ciri-ciri genetis dari suatu makhluk hidup. Gen di turunkan atau di wariskan dari satu individu pada keturunannya, yaitu melalui suatu proses reproduksi. Pada waktu Gregor Mendel (1822-1884) menganalisis pewarisan sifatsifat padaPisum sativum, belum terfikirkan olehnya bagaimana struktur, lokus, sifat kimiawi serta cara kerja gen. Tetapi penelitian dan pengamatan ilmuan-ilmuan sesudahnya yang menemukan bahwa gen-gen terletak pada kromosom, menyebabkan mereka mempelajari komposisi biokimiawi dari kromosom lebih mendalam. Adapun komposisi kimiawinya, bahwa materi genetik harus memenuhi 2 kebutuhan utama yaitu: 1.

Fungsi genotif atau replikasi

Materi genetik harus mampu menyimpan informasi genetik dan mewariskan informasi ini secara tepat dari parental kepada anaknya, dari generasi ke generasi. 2.

Fungsi fenotip atau ekspresi gen

Materi genetik harus mengendalikan perkembangan fenotip organisme, apakah itu suatu virus, bakteri, tanaman atau hewan. Materi genetik harus mengarahkan pertumbuhan dan diferensiasi organisme mulai dari zigot yang bersel satu sampai menjadi dewasa. 2.2 Komposisi kimiawi dan struktur asam nukleat Kromosom terdiri atas 2 tipe molekul organik yang disebut protein dan asam nukleat. Sekitar tahun 1950 beberapa eksperimen yang pandai membuktikan bahwa informasi genetik terletak di dalam asam nukleatnya dan tidak proteinnya. Lebih spesifik lagi informasi genetik tersebut terletak

3

dalam DNA, kecuali beberapa virus yang mempunyai RNA sebagai informasi genetiknya. Unit dasar struktur asam nukleat ialah nukleotida. Nukleotida dibangun oleh 3 bagian yang dihubungkan dengan ikatan kovalen. 1.

Gula pentosa : deoksiribosa pada DNA dan ribose pada RNA.

2.

Basa nitrogen : purin atau pirimidin yang berikatan kovalen kepada karbon nomor 1 dari pentosa. DNA mengandung basa pirimidin sitosin (C) dan timin (I) dan basa purin adenin (A) dan guanin (G). RNA mengandung basa purin yang sama dengan DNA, dan juga pirimidin sitosin, tetapi timin diganti dengan urasil (U).

3.

Gugusan fosfat : gugusan ini mementuk ikatan dengan pentosa yang satu karbon nomor 3 dengan ikatan fosfodiester. Nukleotida-nukleotida ini membentuk polimer atau polinukleotida yang panjang bervariasi. Molekul DNA yang lengkap dapat terdiri dari beberapa ribu sampai beberapa juta nukleotida tergantung dari spesies organisme tersebut, sedangkan molekul RNA bervariasi antar 100 sampai 100.000 atau lebih nukleotida. Erwin Chargaff yang meneliti komposisi kimiawi DNA pada macammacam organisme memformulasikan hukum Chargaff yaitu bahwa kuantitas molar adenin sama dengan kuantitas molar timin, sedangkan kuantitas molar guanin sama dengan kuantitas molar sitosin atau [A] = [T] ; [G] = [S] ; [Purin] = [Pirimidin].

4

2.3 DNA model Watson dan Crick Model struktur DNA itu pertama kali dikemukakan oleh James Watson dan Francis Crick pada tahun 1953 di Inggris. Struktur tersebut mereka buat berdasarkan hasil analisis foto difraksi sinar X pada DNA yang dibuat oleh Rosalind Franklin. Karena yang difoto itu tingkat molekul, maka yang tampak hanyalah bayangan gelap dan terang saja.

Foto difraksi sinar X pada DNA (diatas merupakan hasil foto difraksi Rosalind Franklin) (Sumber : http://principialuis.tumblr.com) Bayangan foto itu dianalisis sehingga mereka berkesimpulan bahwa molekul DNA merupakan dua benang polinukleotida yang berpilin . Berikut merupakan visualisasi dari struktur molekul DNA : Gambar Struktur tiga dimensi molekul DNA

(Sumber : www.miqel.com)

5

Seutas polinukleotida pada molekul DNA tersusun atas rangkaian nukleotida. Setiap nukleotida tersusun atas : 1.Gugusan gula deoksiribosa 2.Gugusan fosfat yang terikat pada atom C nomor 5 dari gula 3.Gugusan basa nitrogen yang terikat pada atom C nomor 1 dari gula Ketiga gugus tersebut saling terkait dan membentuk “tulang punggung” yang sangat panjang bagi heliks ganda. Strukturnya dapat diibaratkan sebagai tangga, dimana ibu tangganya adalah gula deoksiribosa dan anak tangganya adalah susunan basa nitrogen. Fosfat menghubungkan gula pada satu nukleotida ke gula pada nukleotida berikutnya untuk membentuk polinukleotida. Gambar Struktur DNA

(Sumber : http://science.howstuffworks.com) Basa nitrogen penyusun DNA terdiri dari basa purin, yaitu adenin (A) dan guanin (G), serta basa pirimidin yaitu sitosin (C) dan timin (T). Ikatan antara gula pentosa dan basa nitrogen disebutnukleosida. Ada 4 macam basa nukleosida yaitu: 1.Ikatan A-gula disebut adenosin deoksiribonukleosida (deoksiadenosin) 2.Ikatan G-gula disebut guanosin deoksiribonukleosida (deoksiguanosin) 3.Ikatan C-gula disebut sitidin deoksiribonukleosida (deoksisitidin)

6

4.Ikatan T-gula disebut timidin deoksiribonukleosida (deoksitimidin) Ikatan basa-gula-fosfat disebut sebagai deoksiribonukleotida atau sering disebut nukleotida. Ada 4 macam deoksiribonukleotida, yaitu adenosin deoksiribonukleotida, timidin deoksiribonukleotida, sitidin deoksiribonukleotida, dan timidin deoksiribonukleotida. Nukleotidanukleotida itu membentuk rangkaian yang disebut polinukleotida. DNA terbentuk dari dua utas polinukleotida yang saling berpilin dan arahnya berlawanan. Basa-basa nitrogen pada utas yang satu memiliki pasangan yang tetap dengan basa-basa nitrogen pada utas yang lain. Adenin berpasangan dengan timin dan guanin berpasangan dengan sitosin. Pasangan basa nitrogen A dan T dihubungkan oleh dua atom hidrogen (A=T). Adapun pasangan basa nitrogen C dan G dihubungkan oleh tiga atom hidrogen (C≡G). Dengan demikian, kedua polinukleotida pada satu DNA saling komplemen.Pada tahun 1947, sebelum ditemukannya struktur molekul DNA, seorang ahli biokimia bernama Erwin Chargaff menganalisis komposisi basa DNA sejumlah organisme yang berbeda. Hasil analisisnya adalah tiap spesies organisme memiliki komposisi DNA yang berbeda-beda. Banyaknya keempat basa nitrogen pada tiap spesies tidak sama, tetapi memiliki perbandingan yang khas. Artinya, tiap spesies memiliki jumlah basa yang khas. Dalam DNA setiap spesies yang ditelitinya, Chargaff mengemukakan bahwa jumlah adenin sama dengan jumlah timin dan jumlah sitosin sama dengan jumlah guanin. Selain itu, urutan basa dan panjang DNA pada tiap spesies berbeda. Dengan 4 macam basa dan DNA yang panjang, akan terbentuk berbagai kemungkinan urutan basa. Karena gen tersusun dari urutan basa tertentu, maka jumlah gen pada DNA juga sangat banyak kemungkinannya. Jadi, hanya dengan 4 macam basa akan terbentuk banyak gen yang menentukan sifat individu.

7

Apabila dilihat dengan mikroskop elektron , maka struktur DNA akan nampak seperti berikut :

Gambar Foto DNA yang diambil dengan menggunakan mikroskop elektron. DNA terdiri dari dua utas polinukleotida yang saling berpilin dengan arah berlawanan. (Sumber : www.dnaandrna.com) DNA heliks ganda yang panjang juga mempunyai suatu polaritas. Polaritas tersebut dikarenakan salah satu ujung rantai DNA merupakan gugus fosfat dengan rantai karbon 5’ – deoksiribosa pada ujung terminal nukleotidanya. Oleh karena ujung rantai DNA lain merupakan gugus demikian pula, rantai polinukleotida merupakan suatu polaritas atau bidireksionalitas polinukleotida 3’———-5’ dan 5’———3’. Polaritas heliks ganda berlawanan orientasi satu sama lain. Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk heliks ganda berjajar secara antiparalel. Jika digambarkan sebagai berikut : 5’ – ATTGTCGAGG – 3’ 3’ – TAACAGSTCC – 5’ 2.4 Replikasi DNA DNA adalah materi herediter di dalam sel dan dalam bentuk urutan kode dari amina heterosiklik. Manusia memiliki biasanya 46 untai DNA, mereka dikenal sebagai kromosom. Gen adalah daerah tertentu pada setiap kromosom yang berisi informasi turun-temurun. Replikasi DNA dimulai di lokasi tertentu yang dikenal sebagai asal replikasi. Replikasi DNA merupakan proses semi-

8

konservatif karena setiap sel anak menerima satu untai DNA induk dan untai yang baru disintesis. DNA untai orangtua bertindak sebagai template untuk sintesis untai komplementer baru. Pengertian Replikasi DNA Replikasi DNA adalah proses di mana sebuah molekul DNA asli menghasilkan dua salinan identik DNA. Replikasi DNA adalah proses biologis yang terjadi pada semua organisme hidup. Replikasi DNA merupakan dasar untuk pewarisan. DNA terbuat dari dua helai dan setiap helai sel induk bertindak sebagai template untuk produksi untai komplementer. Proses ini dikenal sebagai replikasi semi-konservatif DNA. Proses DNA Replikasi Mekanisme replikasi DNA terjadi dalam tiga langkah terkoordinasi yang dikatalisasi secara enzimatis. Langkah-langkah replikasi DNA adalah sebagai berikut: Inisiasi: Proses replikasi dimulai pada titik tertentu dari DNA yang dikenal sebagai “asal” yang dikatalisis oleh protein inisiator. Urutan asal adalah A – T. Di lokasi situs asal protein inisiator membentuk kompleks pra-replikasi yang membuka ritsleting DNA untai ganda. Elongasi: Pemanjangan atau Elongasi molekul DNA adalah menambahkan sedikit asam amino pada rantai protein yang sedang tumbuh. Sintesis leading strand dimulai dengan dengan sintesis RNA primer dengan primase di lokasi asal. Urutan nukleotida yang ditambahkan ke primer oleh enzim DNA polimerase III arah 5 ‘ke 3’.

9

Garpu Replikasi Replikasi garpu adalah struktur selama replikasi DNA. Garpu Replikasi diciptakan oleh enzim helikase yang memutus ikatan hidrogen yang memegang untai DNA bersama-sama. Helai ini berfungsi sebagai template untuk leading strand dan lagging strand. Terminasi: Terminasi replikasi DNA selesai oleh protein terminasi. Replikasi DNA semikonservatif Replikasi molekul DNA yang terjadi dengan dua untai komplementer yang dipisahkan oleh aksi enzim tertentu. Enzim ini membuka molekul dan mengekspos basa nukleotida. Setiap untai molekul DNA tetap utuh dan berfungsi sebagai template untuk sintesis untai komplementer. Modus replikasi DNA adalah semi-konservatif di mana salah satu dari setengah molekul DNA yang lama dan setengah lainnya yang baru. Berikut ini adalah enzim dan protein yang mengambil bagian dalam mekanisme replikasi DNA. 

DNA girase – enzim DNA girase ini membuat potongan dalam struktur heliks ganda DNA dan memisahkan masing-masing pihak.



Helikase – Enzim ini mengurai molekul DNA untai ganda.



Strand tunggal Binding Protein – Ini adalah protein kecil yang mengikat sementara untuk setiap sisi untai untuk menjaga mereka terpisah satu sama lain.



DNA Polimerase – kompleks Enzim ini berjalan ke untai DNA menambahkan basa nukleotida ke setiap helai. Nukleotida ditambahkan untuk melengkapi nukleotida yang terdapat pada untai yang ada.



DNA polimerase juga mengoreksi DNA baru.



DNA Ligase – enzim DNA ligase menutup fragmen menjadi untai yang kontinu.



DNA Polimerase

10

DNA polimerase adalah enzim yang melakukan segala bentuk replikasi DNA. DNA polimerase tidak memulai proses sintesis untai baru. Mereka memperpanjang untai DNA atau RNA yang ada yang dipasangkan dengan untai cetakan. DNA Polimerase juga memainkan peran penting dalam proses-proses lain dalam sel seperti perbaikan DNA, rekombinasi genetik, transkripsi terbalik dan lain-lain. Enzim ini juga digunakan di laboratorium biologi molekuler di PCR, sekuensing DNA dan teknik kloning molekuler. Sehubungan dengan replikasi DNA, DNA polimerase menambahkan basa nukleotida pada satu untai tunggal membuatnya menjadi DNA untai ganda. Enzim ini menambahkan nukleotida bebas di ujung untai 3′ cetakan yang menghasilkan formasi untai baru dalam arah 5′-3′. DNA polimerase bergerak sepanjang untai template dalam arah 3′-5 ‘ dan untai anak yang terbentuk dalam arah 5′-3’. Hal ini menyebabkan pembentukan DNA antiparalel beruntai ganda untuk satu sama lain.

proses replikasi DNA  Replikasi DNA prokariotik Replikasi DNA dalam prokariota digambarkan sebagai berikut: 

Proses replikasi DNA membutuhkan sejumlah besar protein dan enzim yang memainkan peran penting selama proses tersebut.



Salah satu enzim yang paling penting dalam proses ini adalah DNA polimerase, yang menambah urutan nukleotida ke rantai DNA yang berkembang.

11



Pada prokariota, ada urutan nukleotida spesifik yang dikenal sebagai asal replikasi yang merupakan titik inisiasi dari proses replikasi.



E.coli memiliki asal replikasi tunggal yang kaya dengan urutan A T. Protein tertentu mengenali situs asal dan mengikat dengan itu.



Enzim helikase membuka DNA dengan memecah ikatan hidrogen.



DNA membentuk struktur berbentuk Y disebut garpu replikasi.



Untai tunggal yang mengikat protein melapisi untai DNA dekat garpu replikasi yang mencegah DNA tidak berliku kembali.



Enzim DNA Polimerase menambahkan nukleotida hanya pada arah 5′-3’.



Leading stand yang melengkapi dari arah 3 ‘ke 5’ untai orangtua disintesis terus menerus menuju garpu replikasi.



lagging strand yang melengkapi dalam arah 5 ‘ke 3’ untai orangtua yang membutuhkan RNA primer untuk mensintesis nukleotida dalam fragmen pendek yang dikenal sebagai fragmen Okazaki.



enzim DNA Polimerase I menggantikan primer RNA dengan nukleotida DNA.



DNA ligase menutup celah antara fragmen Okazaki yang bergabung dengan fragmen untuk membentuk molekul DNA tunggal.  Replikasi DNA eukariotik Replikasi DNA pada eukariota adalah proses yang sangat rumit yang melibatkan banyak enzim dan protein. Proses ini terjadi dalam 3 tahap utama: inisiasi, elongasi dan terminasi. Inisiasi Dalam proses inisiasi ada urutan spesifik nukleotida disebut asal replikasi yang merupakan situs untuk inisiasi replikasi. Protein tertentu mengikat ke situs asal, enzim helikase membuka heliks DNA dan membentuk dua garpu replikasi. Eukariota memiliki beberapa asal replikasi yang memungkinkan replikasi secara simultan di beberapa tempat.

12

Elongasi Selama proses perpanjangan enzim yang disebut DNA polymerase menambahkan nukleotida DNA pada ujung 3 ‘ template. Leading adalah Untai yang disintesis dalam arah 5 ‘- 3’. Lagging strand, nukleotida baru dalam bentuk nukleotida RNA kemplementer yang baru ditambahkan. Nukleotida RNA kemudian diganti dengan nukleotida DNA. Leading strand yang melengkapi ke untai DNA orangtua disintesis terus menerus menuju garpu replikasi, karena DNA polimerase dapat mensintesis DNA dalam arah 5 ‘ke 3’. Lagging strand disintesis dalam bentuk fragmen Okazaki. Fragmen ini memerlukan primer RNA untuk memulai sintesis. Terminasi Selanjutnya dalam proses, primer RNA dihapus dan nukleotida RNA digantikan oleh nukleotida DNA oleh polimerase DNA enzim. Celah antara fragmen ditutup oleh enzim DNA ligase. 2.5 Sintesis Protein, Transkripsi, Translasi, dan Kode Genetik 1. Sintesis Protein

Pada uraian mengeni DNA telah disebutkan bahwa DNA berfungsi sebagai heterokatalis (mensintesis molekul lain). Uraian berikut merupakan salah satu contoh fungsi DNA tersebut. DNA yang terletak di dalam nukleus merupakan suatu cetakan kode genetik yang menghasilkan informasi genetik. Kode genetik disusun oleh urutan basa nitrogen (A, T, G, dan C). Dalam sintesis protein, kode-kode genetik dalam DNA disalin menjadi mRNA. Proses ini disebut transkripsi.

Proses ini diawali dengan melekatnya RNA polimerase pada molekul DNA sehingga sebagian rantai double helix DNA membuka. Akibatnya, salah satu rantai DNA yang membuka tersebut mencetak RNA. Rantai DNA yang mengandung kode-kode genetik (kodon) dan dapat mencetak mRNA disebut rantai sense. Rantai DNA yang tidak mencetak mRNA disebut rantai antisense.

13

Misalnya urutan basa N pada rantai DNA terdiri atas TAC, GCT, CGA, dan CTA maka urutan basa N pada rantai mRNA yaitu AUG, CGA, GCU, dan GAU. Perhatikan susunan DNA dan RNA berikut.

susunan DNA dan RNA Setelah disalin, mRNA keluar dari nukleus menuju sitoplasma. mRNA tidak dapat mengenali suatu asam amino secara langsung. Oleh karena itu, diperlukan tRNA untuk dapat membaca kode-kode yang dibawa mRNA. Di dalam sitoplasma banyak terdapat tRNA, asam amino dan enzim amino asil sintetase. Asam amino tersebut diaktifkan menggunakan ATP (Adenosin Trifosfat) dan enzim amino asil sintetase sehingga dihasilkan Amino asil Adenosin monofasfat (AA-AMP) dan fosfat organik.

Selanjutnya Aminoasil Adenosin monofosfat diikat oleh t-RNA dan dibawa ke ribosom. Setiap tRNA memiliki tiga basa N dan asam amino, tiga basa N tRNA akan berpasangan dengan tiga basa N mRNA yang sesuai. mRNA merupakan susunan kodon yang panjang. Setiap tRNA akan menerjemahkan tiga basa.

Setelah tRNA pertama melepaskan diri, datang tRNA selanjutnya, begitu terusmenerus sampai kodon pada mRNA habis. Asam amino yang terbentuk selama penerjemahan oleh tRNA akan membentuk suatu ikatan. Bagian basa N pada tRNA yang menerjemahkan kode yang dibawa mRNA disebut antikodon.

Sementara itu, tiga bagian basa N pada mRNA tersebut di atas yang memiliki kode

untuk

menspesifikasikan

asam

amino

disebut kodon.

Proses

penerjemahan kode yang dibawa mRNA oleh tRNA disebut translasi. Asam amino-asam amino akan berjajar membentuk urutan sesuai dengan kode yang

14

dibawa mRNA sehingga terbentuklah protein. Protein tersebut merupakan enzim yang berfungsi mengatur metabolisme sel.

2. Transkripsi – Pemindahan informasi dari DNA ke mRNA Transkripsi sebagaimana sudah disinggung sedikit di atas merupakan serangkaian tahapan pembentukan mRNA dari DNA. Proses ini sebenarnya merupakan awal mula informasi pada DNA dipindahkan menuju protein pada makhluk hidup. Transkripsi diawali dari pemutusan ikatan H pada DNA oleh protein-protein pengurai DNA. Proses tersebut mengakibatkan terbukanya rantai DNA pada berbagai tempat. Terbukanya rantai DNA memicu RNA polimerase melekat ke daerah yang dinamakan dengan promotor. RNA polimerase selanjutnya melakukan sintesis molekul mRNA dari arah 3′ DNA, sedangkan pada mRNA dimulai dari ujung 5′ menuju 3′. Dari kedua rantai DNA, hanya salah satu rantai yang akan diterjemahkan menjadi mRNA. Rantai DNA yang diterjemahkan menjadi protein dinamakan dengan rantai sense atau DNA template atau DNA cetakan, sedangkan rantai pasangannya dinamakan DNA antisense. Dari DNA template inilah mRNA akan membentuk rantai berpasangan dengan basa-basa yang ada pada DNA sense. Komponen untuk pembuatan mRNA terdapat dalam bentuk nukleotida triposfat, seperti ATP, GTP, UTP, dan CTP. Fungsi dari RNA polimerase adalah mengkatalis reaksi penempelan nukleotida triposfat sehingga terbentuk rantai. Energi yang digunakan untuk menjalankan reaksi tersebut berasal dari masing-masing nukleotida triposfat yang kaya akan energi. Pada saat sintesis mRNA berakhir, terdapat sebuah penanda terminasi yang bertugas untuk menghentikan sintesis mRNA. mRNA yang terbentuk

15

selanjutnya akan dipindahkan dari inti menuju ribosom, kemudian diterjemahkan menjadi protein di ribosom. Pada eukariotik, hasil dari transkripsi di DNA adalah pre-mRNA, artinya mRNA yang belum siap untuk ditranslasi. Hal tersebut disebabkan karena premRNA masih banyak mengandung intron, yaitu rangkaian kodon yang tidak bisa diterjemahkan menjadi protein. Intron ini sangat banyak pada DNA eukariotik. Bagian yang akan menjadi mRNA matang dinamakan dengan ekson. Ekson mengandung informasi yang akan diterjemahkan menjadi protein. Oleh karena itu, organisme eukariotik memiliki tahapan splicing mRNA. Proses splicing berguna untuk membuang bagian intron yang secara genetik tidak mengandung informasi terkait asam amino. Splicing terjadi sebelum mRNA dikeluarkan dari inti sel. 3. Translasi – Penerjemahan mRNA Menjadi Protein Setelah mRNA matang (fungsional) terbentuk, proses yang harus dilakukan adalah keluarnya mRNA dari inti sel menuju ribosom, baik itu di RE ataupun di sitoplasma. Proses translasi sebenarnya dibagi menjadi tiga tahapan utama, yaitu: a. Inisiasi Setelah sampai diribosom, mRNA akan menempel pada subunit kecil ribosom (30 S) lewat ujung 5′. Pada saat yang bersamaan, tRNA menempel pada subunit besar ribosom (50 S). Proses tersebut akan menyebabkan asam amino Metionin dengan kodon AUG menjadi asam amino pertama yang menempel pada ribosom. Hal penting yag perlu diingat adalah bahwa asam amino metionin merupakan asam amino yang selalu pertama kali menempel pada ribosom saat sintesis protein. Hal tersebut berkaitan dengan adanya kondon start, yaitu AUG (Metioinin), yang merupakan kode untuk proses perangkaian asam amino (sintesis protein sebenarnya) dimulai.

16

b. Elongasi (Pemanjangan rantai protein/polipeptida) Setelah proses inisiasi selesai, proses selanjutnya adalah penerjemahan kodon triplet dan penempelan asam amino sehingga membentuk rantai. Penerjemahan kode ini akan diikuti pengikatan asam amino sesuai kodon oleh tRNA yang kemudian dibawa ke kompleks ribosom dan digabungkan dengan asam amino yang sudah ada sebelumnya. Proses tersebut akan berlangsung sampai munculnya kodon terminasi. c. Terminasi (Sintesis berhenti) Proses elongasi akan diakhiri saat terbacanya rangkaian kodon UAA, UAG, atau UGA. Kodon-kodon tersebut bukan pengkode asam amino, merupakan kodon yang memerintahkan untuk penghentian sintesis protein. Faktor pelepas akan menempel pada ribosom setelah pembacaan kodon stop. Faktor pelepas tersebut menyebabkan terlepasnya mRNA dari ribosom, selanjutnya diikuti dengan pemisahan subunit besar dan kecil ribosom. Regulasi Ekspresi Gen Semua sel mempunyai kemampuan untuk memberi respons terhadap stimulasi dari lingkungannya. Misalnya Escherichia coli yang terdiri dari satu sel yang sangat kecil ukurannya, mengandung informasi genetika yang diperlukan untuk melakukan metabolisme, pertumbuhan dan reproduksi. Bila dalam medium biakan mikroba ini dibubuhkan gula laktosa, maka segera akan dihasilkan enzimenzim yang sesuai untuk mencerna laktosa yang masuk kedalam selnya. Rupanya laktosa dapat menginduksi sintesis enzim-enzim yang sesuai untuk memetabolisir substrat tersebut. F. Tacob dan J. Monod pada tahun 1961 mengusulkan suatu model operan untuk menjelaskan peraturanan aktivitas gen-gen yang mengkode enzim-enzim untuk mencerna lactose pada E. Coli.

17

Mereka mengusulkan bahwa “lac operan” terdiri dari: promoter, operator, dan 3 gen structural z, y, dan a, yang berturut-turut mengkode enzim-enzim galaktosidase, galaktosid, permease dan galaktosid transasetilase. Operator selalu berdampingan dengan gen-gen structural yang ekspresinya diatur olehnya. Selain oleh operator ekspresi gen structural juga diatur oleh elemen lain yaitu oleh gen regulator yang mengkode protein yang disebut repressor. Dalam keadaan tak ada laktosa repressor ini berikatan dengan operator, sehingga RNA polimerase tak dapat mengikatkan diri pada promoter yang berakibatkan transkripsi. Pada gengen stuctural tak dapat berlangsung, jadi enzim tak dihasilkan. Bila laktosa masuk kedalam sel, maka substrat ini akan berikatan dengan repressor (mengubah bentuk repressor) sehingga tak dapat lagi berasosiasi dengan operator. Dengan demikian maka RNA polimerase dapat bergabung dengan promoter dan transkripsi ketiga enzim tersebut dapat berlangsung. Fungsi dari galaktosid permease adalah untuk memompa laktosa kedalam sel, sedangkan galaktosidase untuk memecahkan laktosa menjadi glukosa dan galaktosa. Fungsi galaktosid transasetilase belum diketahui dengan jelas.

2.8 Rekayasa Genetika Rekayasa genetika dapat diartikan sebagai kegiatan manipulasi gen untuk mendapatkan produk baru dengan cara membuat DNA rekombinan melalui penyisipan gen. DNA rekombinan adalah DNA yang urutannya telah direkombinasikan agar memiliki sifat-sifat atau fungsi yang kita inginkan sehingga organisme penerimanya mengekspresikan sifat atau melakukan fungsi yang kita inginkan.Obyek rekayasa genetika mencakup hampir semua golongan organisme, mulai dari bakteri, fungi, hewan tingkat rendah, hewan tingkat tinggi, hingga tumbuh-tumbuhan. Bidang kedokteran dan farmasi paling banyak berinvestasi di bidang yang relatif baru ini. Sementara itu bidang lain, seperti ilmu pangan, kedokteran hewan, pertanian (termasuk peternakan dan perikanan), serta teknik lingkungan juga telah melibatkan ilmu ini untuk mengembangkan bidang masing-masing.

18

Salah satu penelitian yang memberikan kontribusi terbesar bagi rekayasa genetika adalah penelitian terhadap transfer (pemindahan) DNA bakteri dari suatu sel ke sel yang lain melalui lingkaran DNA kecil yang disebut Plasmid. Plasmid adalah gen yang melingkar yang terdapat dalam sel bakteri, tak terikat pada kromosom. Melalui teknik plasmid dalam rekayasa genetika tersebut, para ahli di bidang bioteknologi dapat mengembangkan tanaman transgenik

yang

resisten

terhadap

hama dan penyakit.

Contoh teknik Plasmid :

Penemuan struktur DNA menjadi titik yang paling pokok karena dari sinilah orang kemudian dapat menentukan bagaimana sifat dapat diubah dengan mengubah komposisi DNA, yang adalah suatu polimer bervariasi. Tahap-tahap penting berikutnya adalah serangkaian penemuan enzim restriksi (pemotong) DNA, regulasi (pengaturan ekspresi) DNA (diawali dari penemuan operon laktosa pada prokariota), perakitan teknik PCR, transformasi genetik, teknik peredaman gen (termasuk interferensi RNA), dan teknik mutasi terarah (seperti Tilling). Sejalan dengan penemuan-penemuan penting itu, perkembangan di bidang biostatistika, bioinformatika dan robotika/automasi memainkan peranan penting dalam kemajuan dan efisiensi kerja bidang ini.

19

Dalam rekayasa genetika, ada kode etik yang melarang keras percobaan ini pada manusia. Akan tetapi, para ahli tidak selamanya bersikap kaku sebab berbagai penyakit fatal memang sulit disembuhkan kecuali dengan terapi genetik. Maka muncul pendapat tentang perlu adanya dispensasi. Dispensasi itu dikeluarkan oleh Komite Rekayasa Genetika dari Nasional Institute of Health (NIH) Amerika Serikat pada pertengahan tahun 1990. TAHAP-TAHAP REKAYASA GENETIK 1.

Mengindetifikasikan gen dan mengisolasi gen yang diinginkan.

2.

Membuat DNA/AND salinan dari ARN Duta.

3.

Pemasangan cDNA pada cincin plasmid

4.

Penyisipan DNA rekombinan kedalam tubuh/sel bakteri.

5.

Membuat klon bakteri yang mengandung DNA rekombinan

6.

Pemanenan produk

MANFAAT REKAYASA GENETIK a. Meningkatnya derajat kesehatan manusia, dengan diproduksinya berbagai hormon manusia seperti insulin dan hormon pertumbuhan. b. Tersedianya bahan makanan yang lebih melimpah. c. Tersedianya sumber energy yang terbaharui. d. Proses industri yang lebih murah. e. Berkurangnya polusi. f. Adanya pestisida alami hasil dari tanaman rekayasa genetik

20

BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Dari penjelasan diatas padat disimpulkan bahwa : Kromosom merupakan struktur makromolekul besar yang memuat DNA yang membawa informasi genetik dalam sel. DNA terbalut dalam satu atau lebih kromosom. Unit dasar struktur asam nukleat ialah nukleotida. Nukleotida dibangun oleh 3 bagian yang dihubungkan dengan ikatan kovalen. 1.

Gula pentosa : deoksiribosa pada DNA dan ribose pada RNA.

2.

Basa nitrogen : DNA mengandung basa pirimidin sitosin (C) dan timin (I) dan basa purin adenin (A) dan guanin (G).

3.

Gugusan fosfat : gugusan ini mementuk ikatan dengan pentosa yang satu karbon nomor 3 dengan ikatan fosfodiester. Pada tahun 1953 J.D. Watson dan F.H.C. Crick mengusulkan struktur DNA sebagai “double helix” yang terdiri dari dua untai polinikleotida yang saling melilit dalam bentuk spiral. Kemampuan DNA untuk membentuk DNA baru yang sama persis degan DNA asal (replikasi) disebut kemampuan autokatalitik. Sintesis protein adalah proses pembentukan protein dari monomer peptida yang diatur susunannya oleh kode genetik. Dalam proses transkripsi enzim yang disebut RNA polimerasa mengikatkan diri pada tempat tertentu pada molekul DNA dan memisahkan kedua untai double helix dengan memutuskan ikatan hydrogen basa-basanya. Translasi melibatkan 3 tipe RNA, yaitu RNA duta (mRNA), RNA transfer (tRNA) dan RNA ribosom (rRNA) yang ketiga-tiganya ditranskripsi dari template DNA.

21

DAFTAR PUSTAKA

http://tirmaputri.blogspot.co.id/2015/03/struktur-kimia-genetik.html http://www.dunia-mulyadi.com/2015/10/materi-struktur-kimia-materigenetika.html http://www.guruipa.com/2016/09/pengertian-dan-struktur-molekul-dna-prosesreplikasi-dna-serta-perbendaan-dna-dan-rna.html

22