Biologi · Bab III Genetika

Siti

22/08/2021 10:34:00

SMA 12 K-13

Daftar Isi

Bab I Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan Bab II Metabolisme Bab III Genetika Bab IV Pembelahan Sel Bab V Prinsip Hereditas Bab VI Mutasi Bab VII Evolusi Bab VIII Kecenderungan Baru Teori Evolusi Bab IX Bioteknologi

Halaman

Genetika

eorang ibu yang mempunyai mata sipit dapat melahirkan

anak

yang juga bermata sipit. Tidak menutup kemung kinan, anak yang

dilahirkan dapat juga mempunyai mata lebar seperti yang dimiliki oleh

ayahnya. Nah, faktor-faktor yang dapat mempengaruhi munculnya sifat

ini terdapat di dalam sel tubuh yang disebut materi genetik. Ilmu yang

mempelajarinya disebut genetika. Karena itu, kalian perlu mempelajari

lebih lanjut, apa saja dan bagaimanakah materi genetik itu?

dok. PIM

III

Bab

Biologi Kelas XII

Pada bab berikut, kalian akan mempelajari materi genetik (me-

liputi kromosom, DNA, RNA, dan gen) serta mempelajari tahapan

sintesis protein.

Dengan mempelajarinya, kalian diharapkan dapat menjelaskan

perbedaan antara kromosom, DNA, RNA, dan gen meliputi struktur,

fungsi, dan hubungan antara ketiganya. Selain itu, kalian diharapkan

dapat menjelaskan tahap an dalam sintesis protein meliputi replikasi,

transkripsi dan translasi.

A. Materi Genetik

Apakah kalian masih ingat struktur nukleus? Nukleus sel eukari-

otik seperti sel-sel hewan dan tumbuhan tingkat tinggi mempunyai

membran inti. Sementara itu, nukleus sel prokariotik seperti sel bakteri

tidak bermembran.

Di dalam nukleus dijumpai beberapa materi genetik yang berper-

an di dalam pewarisan sifat. Artinya, materi genetik tersebut akan ditu-

runkan pada individu keturunannya. Materi genetik tersebut meliputi

kromosom, DNA, RNA, dan gen.

1. Kromosom

Di dalam inti sel terdapat benang-benang kromatin (jika sel se-

dang tidak membelah). Struktur kromatin seperti jala, tersusun atas

benang-benang halus yang dapat menyerap zat warna. Jika sel sedang

membelah (pembelahan sel akan dibahas pada bab selanjutnya), benang-

benang kromatin ini memendek dan menebal membentuk struktur

yang disebut

kromosom

Feulgen

melakukan teknik pewarnaan ungu

pada kromosom untuk memudahkan pengamatan kromosom.

Di dalam sel, kromosom mempunyai bentuk maupun jumlah

yang bermacam-macam. Nah, agar kalian dapat mempelajari kromo-

som secara lengkap, simaklah uraian berikut ini.

a. Struktur Kromosom

Makhluk hidup yang ada di alam ini tidak semuanya mempunyai

struktur kromosom yang sama dengan kromosom manusia. Bakteri

dan virus mempunyai kromosom sirkuler (membulat).

Kromosom mempunyai 2 bagian utama yaitu sentromer (kineto-

kor) dan lengan.

1) Sentromer (Kinetokor)

Sentromer disebut juga bagian kepala kromosom. Bagian ini

ber

fungsi sebagai tempat melekatnya benang-benang gelendong

pembelahan pada waktu sel membelah.

2) Lengan

Kromosom dapat mempunyai satu buah lengan atau dua buah

lengan, bahkan ada yang tidak mempunyai lengan.

Kromosom

dengan dua lengan dapat mempunyai lengan yang sama panjang

atau berbeda panjangnya (lengan yang satu panjang dan lengan

•

Kromosom

•

DNA

• Gen

• Double Helix

• Replikasi

• Transkripsi

• Translasi

KataKunci

Kilas

Pada pelajaran biologi kelas

XI tentang struktur sel, dise-

butkan bahwa nukleus atau

inti sel merupakan organel

yang terdapat di dalam sel

yang memegang peranan

penting sebagai pusat koor-

dinasi dari kegiatan sel.

Galeri

Sejarah Penemuan

Kromosom

Flemming (1879) adalah

orang yang pertama kali

melihat adanya benda yang

membelah di dalam sel.

Roux (1883), menduga

bahwa benda-benda terse-

but terlibat dalam pemben-

tukan individu keturunan.

Akhirnya, Waldeyer (1888)

adalah orang yang pertama

kali memberi nama benda

tersebut kromosom (Latin,

krom

= warna dan

soma

tubuh).

Gambar 3.1

Bagian-bagian

kromosom

dua kromonemata

lekukan

sekunder

satelit

sentromer

Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 1, hlm. 120

telomer

Suryo, Genetika Manusia (dengan pengembangan)

Genetika

yang lain pendek). Bagian lengan berisi cairan yang dinamakan

matriks. Pada matriks tersebut terdapat benang halus atau pita

berbentuk spiral yang disebut

kromonema

(jamak =

kromonemata

Perhatikan Gambar 3.1. P

enebalan dari kromonema ini disebut

kromomer

. Ada yang menganggap kromomer tersebut sebagai

nukleoprotein

. Di daerah tertentu pada lengan kromosom

terbentuk lekukan sekunder. Lekukan sekunder berfungsi sebagai

tempat terbentuknya anak inti atau nukleolus.

Pada daerah ujung kromosom (ujung lengan) terdapat bagian

yang disebut

telomer

. Fungsi bagian ini untuk mencegah agar kro-

mosom satu dan yang lain tidak berlekatan. Pada

beberapa kromosom terdapat bentukan bulat di

bagian ujung lengannya, disebut

satelit

b. Jumlah dan Tipe Kromosom

Menurut

Benden

dan

Boveri

(1887), jumlah

kromosom pada setiap jenis organisme berbeda-

beda, namun bersifat tetap (konstan). Jumlah

kromosom tiap jenis organisme menunjukkan

banyaknya kromosom yang ada pada sebuah sel

organisme tersebut.

Tubuh organisme bersel banyak (multise-

luler), mempunyai 2 jenis kelompok sel yaitu sel

somatis (sel tubuh) dan sel gamet (sel kelamin).

Jumlah kromosom pada sel gamet (sel kelamin)

adalah separuh dari jumlah kromosom yang ada

pada sel somatis (sel tubuh). Dengan demikian,

sel gamet bersifat

haploid

(n kromosom) dan sel

somatis bersifat

diploid

(2n kromosom). Berdasar-

kan jenis selnya, kromosom dibedakan menjadi 2

tipe, yaitu kromosom sel tubuh (

autosom

) dan

kromosom sel kelamin (

gonosom

Kromosom autosom pada organisme jantan

dan betina adalah sama. Kromosom autosom tidak

menentukan jenis kelamin (penentuan jenis kela-

min akan dibahas pada bab hereditas). Kromosom

seks (gonosom) pada organisme jantan berbeda

dengan kromosom organisme betina. Kromosom

ini disebut juga kromosom jenis kelamin. Organ-

isme yang normal memiliki kromosom seks sepa-

sang (2 buah) saja.

Jumlah kromosom sel somatis tumbuhan, he-

wan, dan manusia berbeda satu sama lain. Pada

mamalia misalnya, sel somatis (diploid) manusia

mengandung 46 buah kromosom, sedangkan go-

rila 48 kromosom. Perhatikanlah Tabel 3.1.

Kelompok

Organisme

Nama

Organisme

Jumlah

Kromosom

(buah)

ewan

(Animalia)

Protozoa

Coelenterata

Mollusca

Arthropoda

Pisces

Amphibi

Aves

Mammalia

Tumbuhan

(Plantae)

Gymnosper-

mae

Angiosper-

mae

Amoeba

Hidra

Bekicot

Lalat buah

Nyamuk

Ikan mas

Katak

Ayam

Itik

Kelinci

Kucing

Anjing

Keledai

Kambing

Domba

Kera

Gorila

Manusia

Pinus

Bawang

merah

Kentang

Tembakau

Padi

Jagung

Tebu

100

Tabel 3.1. Jumlah Kromosom Berbagai

Organisme

Suryo, Genetika Manusia, hlm. 7-8 (dengan pengembangan)

Biologi Kelas XII

c. Bentuk Kromosom

Berdasarkan letak sentromernya, bentuk kromosom dikelompok-

kan menjadi empat, yaitu:

1) Metasentris

Kromosom ini memiilki 2 buah lengan yang sama panjang,

sentr

omernya tepat ada di tengah (Gambar 3.2a).

2) Submetasentris

Lengan kromosom tidak sama panjang, sentromer terletak tidak

di tengah. S

entromer agak mendekati ujung salah satu lengan

kromosom. Sentromer berada di daerah submedian (Gambar 3.2b).

3) Akrosentris

Sentromernya mendekati salah satu ujung lengan kromosom

(sub terminal). Lengan yang satu, jauh lebih panjang dari lengan

omosom yang lain (Gambar 3.2c).

4) Telosentris

Kromosom ini hanya memiliki sebuah lengan karena sentromernya

terletak pada ujung salah satu lengan kr

omosom (Gambar 3.2d).

d. Ukuran Kromosom

Spesies yang berbeda memiliki ukuran kromosom yang berbeda.

Pada umumnya, kromosom sel tumbuhan lebih besar dibanding kro-

mosom sel hewan. Ukuran kromosom tersebut kadang-kadang ber-

hubungan dengan jumlah kromosom. Apabila jumlah kromosomnya

sedikit, biasanya kromosomnya lebih panjang. Rata-rata ukuran pan-

jang kromosom adalah 0,2 – 0,5

dengan diameter 0,2 - 20

Berdasarkan ukuran (panjang), jumlah, dan bentuk kromosom

maka kromosom sel somatis dapat disusun atau diatur secara standar.

Hasil penyusunan ini disebut

karyotipe

. Perhatikanlah karyotipe kro-

Gambar 3.2

(a) Metasentris

(b) Sub metasentris

(d) Telosentris

(a)

(b)

Gambar 3.3

Karyotipe

kromosom manusia

(wanita) dengan 23

pasang kromosom.

No 1-22 : pasangan

autosom.

No 23 : kromosom seks

Suryo, Genetika Manusia, hlm. 16

Genetika

mosom manusia yang mempunyai 46 kromosom (23 pasang) pada

Gambar 3.3. Bukankah dalam 1 sel, ukuran kromosom dapat beraneka

ragam?

e. Genom (Ploidi)

Di depan telah dipelajari tentang contoh karyotipe manusia. Sel

manusia mempunyai kromosom sebanyak 46 buah atau 23 pasang

kromosom. Setiap pasang kromosom terdiri dari 2 buah kromosom

yang membentuk pasangan homolog. Dapat dikatakan bahwa sel tu-

buh manusia memiliki 23 pasang atau 23 macam kromosom homolog.

Jumlah atau keseluruhan set atau perangkat dari bermacam-macam

homolog tersebut dinamakan

genom

atau

ploidi

. Setiap macam ho-

molog terdiri dari 2 buah kromosom, artinya sel tubuh (sel somatis)

manusia terdiri dari 2 set kromosom sehingga disebut diploid (biasa

ditulis 2n).

Apakah kalian mengetahui cara mencari jumlah kromosom sel

gamet? Sel gamet (sel telur dan sel sperma) memiliki separuh jumlah

kromosom sel tubuh (sel somatis). Jika sel somatis manusia memiliki

46 buah kromosom, maka sel telur manusia memiliki 23 buah kromo-

som, yang terdiri dari 22 kromosom autosom dan 1 kromosom seks.

Demikian pula pada sel sperma manusia. Setiap pasangan homolog sel

somatis (sel tubuh) membelah menjadi 2, sehingga sel gamet memiliki

23 buah kromosom dimana setiap macamnya hanya terdiri dari satu

buah kromosom saja. Dengan demikian, sel gamet (sel kelamin) hanya

memiliki satu set atau satu perangkat kromosom dan disebut haploid

(biasa ditulis n).

Agar kalian dapat memahami tentang kromosom, lakukan tugas

di rubrik

Percobaan

berikut ini.

Percobaan

Menganalisis Kromosom Manusia

A. Dasar Teori

Berdasarkan letak sentromernya, bentuk kromosom dibedakan menjadi kromosom metasentrik,

submetasentrik, telosentrik, dan akrosentrik. Berdasarkan ukuran (panjang), jumlah, dan bentuk

kromosom maka kromosom sel somatis dapat disusun atau diatur secara standar. Hasil penyu-

sunan ini disebut karyotipe. Kromosom manusia mempunyai 46 kromosom (22 pasang kroosom

tubuh dan 1 pasang kromosom kelamin).

B. Tujuan

Mengetahui bentuk-bentuk dan ukuran kromosom pada manusia dari karyotipe.

C. Alat dan Bahan

Gambar, foto atau scan karyotipe manusia

2. Gunting

3. Lem

Biologi Kelas XII

D. Cara Kerja

Perhatikan letak sentromer dari setiap kromosom yang ada.

Kromosom manusia menurut gambar dibedakan menjadi 7 kelompok (lihat gambar). Ber-

dasarkan ukurannya ada kelompok besar, kelompok medium, dan kelompok kecil.

3. Guntinglah setiap pasangan kromosom yang ada di atas (guntinglah gambar karyotipe

yang kalian miliki), kemudian letakkan pada garis yang telah disediakan tepat pada ba-

gian sentromernya.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

A B C

13 14 15 16 17 18 19 20

21 22 23

Berdasarkan hasil cara kerja 3, lengkapilah tabel berikut.

Kelompok

No pasangan homolog

Ukuran

Nama bentuk kromosom *

1, 2, 3

Besar

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

* : Pilih satu diantaranya : metasentrik, sub metasentrik, akrosentrik dan telosentrik.

E. Pembahasan

Apakah semua bentuk kromosom dapat kalian temukan?

2. Perhatikan kromosom-kromosom tersebut. Adakah kromosom yang tidak berpasangan?

Jelaskan.

3. Apakah letak atau susunan kromosom dalam tubuh manusia berjajar dan berpasangan

seperti pada karyotipe tersebut?

Diskusikan dan jelaskan di depan kelas.

Genetika

f. Komponen Kromosom

Di dalam sel, setiap kromosom berpasang-pas-

angan dengan kromosom lain yang identik, sehingga

disebut

kromosom homolog

. Setiap pasang kromosom

tersebut merupakan pasangan kromosom homolog.

Kromosom mempunyai komponen utama, antara

lain: DNA (

Deoxyribo Nucleic Acid atau asam nukleat

deoksiribosa

), protein histon, dan protein non histon.

Protein histon bersifat basa kuat dan menetralkan keas-

aman DNA. Lalu, apa hubungan antara histon de ngan

DNA?

Histon

adalah protein berbentuk seperti manik-manik yang

membentuk untaian. DNA melipit atau mengelilingi kumpulan his-

ton (setiap 8 histon) tersebut dan membentuk ikatan dengan histon.

Kumpulan manik-manik histon yang dikelilingi oleh DNA ini mem-

bentuk struktur disebut

nukleosom

. Setiap nukleosom tersusun oleh 8

manik dengan 1 atau 2 lilitan DNA. DNA dan protein histon tersebut

terdapat pada bagian kromomer.

Sebenarnya, apakah DNA itu? Simaklah uraian selanjutnya.

2. DNA

Di dalam kromosom sel eukariotik, selain materi genetik DNA

(

Deoxyribo Nucleic Acid

), terdapat juga RNA (

Ribo Nucleic Acid

). Kedua

materi genetik tersebut dikenal sebagai asam inti atau asam nukleat.

Berkat penemuan

Alfred

dan

Marta Chase

(1952), diketahui

bahwa DNA lah yang membawa dan menyimpan informasi genetik

sel. Jumlah dan jenis informasi di dalam setiap sel (tiap sebuah sel)

sangat banyak. DNA sebagai penyimpan informasi genetik adalah ma-

terial kromosom.

a. Sifat dan fungsi DNA

Selain di dalam nukleus, DNA dapat ditemukan pada organel mi-

tokondria, plastida, dan sitoplasma (dalam jumlah yang sedikit).

DNA merupakan komponen yang ditemukan secara ekslusif di

dalam kromosom dan mempunyai sifat dan fungsi, antara lain:

1) Merupakan material kromosom sebagai pembawa informasi gene-

tik, melalui aktivitas pembelahan sel (lihat point 3).

2) Tebalnya 20 Å (Amstrong) dan panjangnya beribu-ribu Å (1 Å =

-10

meter).

3) Dapat melakukan replikasi, yaitu membentuk turunan atau meng-

gandakan diri. DNA hasil replikasi ( DNA anak) memiliki urutan

basa yang identik dengan yang dimiliki oleh heliks ganda parental

( DNA induk).

4) Pada sel organisme prokariotik (bakteri), DNA berantai tunggal.

Pada sel eukariotik, DNA berupa heliks (rantai) ganda.

Dupleks DNA berputar mengelilingi

sekumpulan molekul (8) histon, yang

mengandung dua dari masing-masing

histon H

A, H

B, H

dan H

Histon H

DNA penghubung

Gambar 3.4

Nukleosom

Galeri

Sejarah Penemuan DNA

Double Helix

Penemuan

DNA dimulai se-

jak ditemukannya senyawa

nuklein pada inti sel leukosit

oleh Miescher (tahun 1868).

Senyawa ini sekarang dise-

but sebagai DNA (Deoxyribo

Nucleic Acid).

Tahun 1940, Chargaff mene-

mukan susunan basa pada

DNA yaitu basa purin (guanin

dan adenin), serta basa

pirimidin (sitosin dan timin).

Tahun 1943, Oswalt T. Avery,

Colin Mac Leod, dan MacLyn,

serta

Alfred D. Hershey dan

Marta Chase (tahun 1952), me-

nyatakan bahwa DNA adalah

pembawa informasi genetik.

Akhirnya pada tahun 1953,

penemuan James Watson

(ahli genetika dari Amerika)

dan Francis Crick (dokter

dari Inggris) mencengang-

kan dunia. Keduanya

melakukan penelitian ber-

sama-sama di Universitas

Cambridge dan menemukan

struktur

DNA sebagai pita

double helix

(heliks ganda)

yang terpilin ke arah kanan.

Lehninger, Dasar-dasar Biokimia

Biologi Kelas XII

5) Pada suhu mendekati titik didih atau pada pH yang ekstrim

(kurang dari 3 atau lebih dari 10), DNA mengalami

denaturasi

(membuka). Jika lingkungan dikembalikan seperti semula, DNA

dapat kembali membentuk heliks ganda, disebut

renaturasi

b. Struktur Kimia DNA

DNA dan RNA tersusun oleh nukleotida-nukleotida yang saling

terpaut membentuk polinukleotida yang amat panjang. DNA meru-

pakan molekul yang besar (makromolekul) dan terdiri dari dua rantai

polinukleotida yang saling berikatan. Setiap nukleotida tersusun atas

3 komponen, antara lain: sebuah basa nitrogen, sebuah gula pentosa

yaitu deoksiribosa, dan satu gugus fosfat.

Basa nitrogennya meliputi basa purin dan basa pirimidin. Basa

purin meliputi guanin (G) dan adenin (A), basa pirimidin meliputi

sitosin (C) dan timin (T). Basa nitrogen purin dari heliks, yang satu

berpasangan dengan basa pirimidin dari heliks yang lain membentuk

struktur yang disebut

double

helix

(heliks atau rantai ganda). Perhati-

kan Gambar 3.5. Struktur tersebut disebut juga “rantai ganda Watson-

Crick” karena ditemukan oleh

James Watson

dan

Francis Crick

. Jika

basa purinnya adalah ade nin maka pirimidinnya

timin (membentuk ikatan ganda A=T), jika basa

purinnya guanin maka pirimidinnya sitosin (mem-

bentuk ikatan rangkap tiga G

S). Oleh karena

itu, untaian rantai ganda bersifat komplementer

(basa nitrogen pada rantai yang satu merupakan

pasangan basa nitrogen pada rantai lainnya). Pada

virus bakteriofag T2 (fag T2) tidak terdapat basa

sitosin, melainkan basa pirimidin yang menyerupai

sitosin.

Basa purin pada heliks satu dengan pirimidin

heliks pasangannya dihubungkan oleh ikatan

hidrogen. Pada heliksnya, basa nitrogen berikatan

dengan gula pentosa deoksiribosa. Gula pentosa

tersebut mengikat gugus fosfat. Basa nitrogen, gula

deoksiribosa, dan gugus fosfat membentuk satu

molekul nukleotida (Gambar 3.6). Nah, gugus

fosfat tersebut menghubungkan antara nukleotida

satu dengan yang lain dalam satu rantai atau heliks

yang sama. Apabila rantai ganda DNA dapat

diibaratkan se bagai sebuah tangga maka ikatan basa

purin dengan pirimidin sebagai anak tangganya,

sedangkan gula deoksiribosa beserta fosfatnya se-

bagai ibu tangganya.

Gambar 3.5

Struktur sebuah heliks DNA (sebuah

untai DNA).

Timin (T)

Sitosin (C)

Guanin (G)

Adenin (A)

Tulang Belakang

Gula-Fosfat

Basa

Gula (deoksiribosa)

Fosfat

Nukleotida DNA

Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 2, hlm. 301

Genetika

Menurut

Chargaff

(1940), jumlah adenin (A) = timin (T) dan

jumlah guanin (G) = sitosin (C).

Data sinar X

Rosalind Franklin

, heliks ganda DNA membentuk

satu putaran penuh setiap 3,4 nm panjang heliks ganda. Jarak antara

pasangan nukleotida satu dengan nukleotida berikutnya adalah 0,34

nm. Dengan demikian, jumlah pasangan nukleotida setiap satu putaran

penuh adalah 10 nukleotida. Perhatikan Gambar 3.7a.

Nah, agar kalian dapat memahami tentang nukleotida DNA, iku-

tilah rubrik

Diskusi

berikut.

Hitunglah berapa panjang DNA, jika diketahui DNA manusia mempunyai 2 x 10

(dua ratus juta) pasangan

basa? Ingat, berapakah jarak antara nukleotida satu dengan nukleotida berikutnya? Kalian dapat

mendiskusikan dengan teman kalian.

Diskusi

Bagan skematis rantai ganda DNA dapat disederhanakan dengan

menggambar gugus fosfat dan deoksiribosa pada sebuah garis. Hu ruf-

huruf yang ada menggambarkan macam

basa nitrogennya. Perhatikan

Gambar 3.7b.

Nukleotida yang satu dengan nukleotida yang lain berhubungan

satu sama lain melalui ikatan fosfodiester. Ikatan atau hubungan terse-

but selalu sama. Artinya, gugus fosfat mengikat residu deoksiribosa

pada atom karbon nomor 5 (5 ́= primer) dan atom karbon nomor 3

(3 ́ = 3 primer) pada residu deoksiribosa nukleotida berikutnya. Oleh

karena itu, polinukleotida DNA merupakan molekul-molekul yang

linear. Perhatikan Gambar 3.7c.

Gambar 3.6

Rantai ganda DNA

= gugus fosfat = deoksiribosa

= basa nitrogen, A = Adenin,

G = guanin

S = C = Sitosin

T = Timin

Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 2, hlm. 303

Biologi Kelas XII

Setelah kalian mempelajari tentang DNA, berikut ini ulasan ten-

tang jenis asam nukleat yang lain yaitu RNA.

3. RNA

Pada akhir abad ke-19, telah ditemukan bahwa sel memiliki asam

nukleat yang disebut ribonukleat atau

Ribonucleic Acid

(RNA). RNA

mempunyai beberapa ciri yang berbeda dengan DNA.

a. Susunan kimia RNA

Seperti pada DNA, RNA juga merupakan polinukleotida. Jika

pada DNA, komponen gula berupa deoksiribosa, komponen gula

RNA berupa gula ribosa. Perhatikan Gambar 3.8. Dua purin dan dua

pirimidin juga ditemukan pada RNA, tetapi basa pirimidin timin tidak

ditemukan, melainkan berupa pirimidin urasil.

Molekul RNA dapat berupa:

1) Rantai tunggal, contoh: pada virus tumbuhan (TMV atau vi-

rus mosaik tembakau), virus hewan (infl uenza), dan bakteriofag

(MS

2) Rantai ganda tidak berpilin, contoh: pada virus tumbuhan (reo-

virus).

RNA dapat dibentuk oleh DNA, karena di dalam DNA kromo-

som terdapat sandi-sandi yang berperan dalam pembentukan RNA.

Sintesis RNA tersebut melibatkan enzim RNA polimerase.

Gambar 3.8

Perbedaan

komponen riibosa dan

deoksiribosa (a) RNA (b) DNA

5' RNA

Gula ribosa

(a)

3' DNA

Gula deoksiribosa

(b)

Gambar 3.7

(a)

Double helix

DNA secara skematis, (b)

Double helix

DNA sederhana , (c) Ikatan fosfodiester DNA

BASA

UJUNG 5'

UJUNG 3'

BASA

UJUNG 5'

UJUNG 3'

ikatan fosfodiester

(a)

(b)

(c)

Watson, DNA Rekombinan, hlm. 19

Genetika

b. Macam-macam dan Fungsi RNA

Berdasarkan tempat terdapat dan fungsinya, RNA dibedakan

menjadi RNA m (RNA messenger), RNA r (RNA ribosom), dan RNA t

(RNA transfer).

1) RNA m (RNA messenger)

RNA m disebut juga RNA duta (RNA d) atau RNA kurir. Menu-

Francois Jacob

dan

Monod

(1961), setelah RNA dibentuk oleh

DNA di dalam inti, RNA m membawa cetakan-cetakan ke sitoplasma

dan bergerak di atas ribosom. RNA m menempatkan kode genetik

berupa 3 urutan basa nitrogen kodon-kodonnya berturut-turut di ri-

bosom untuk menyusun asam amino. RNA m ini dibentuk pada saat

sel hendak melakukan sintesis protein. Macam RNA m yang dibentuk

oleh DNA tergantung jenis protein yang akan disusun. Oleh karena

itu, RNA m ini dapat ditemukan di dalam inti sel dan di sitoplasma.

RNA m merupakan molekul untaian tungal. RNA m ini membawa

informasi genetik dari DNA ke ribosom.

2) RNA r (RNA ribosom)

RNA r dibentuk dari prekusor yang disebut RNA pra ribosom,

mempunyai berat molekul sekitar 2 juta, dan merupakan molekul

paling

besar dibandingkan RNA m dan RNA t. RNA ribosom mengan dung 50

– 2.000 asam amino. Bersama-sama dengan protein, RNA ini akan mem-

bentuk struktur ribosom yang mengatur proses translasi.

3) RNA t (RNA transfer)

RNA t disebut RNA pemindah dan merupakan RNA yang ter-

pendek. F

ungsi RNA t adalah menerjemahkan kode-kode ( kodon)

yang dibawa oleh RNA m. Hasil terjemahan ini berupa deretan basa

nitrogen yang sesuai dengan kodon yang ada pada RNA d atau RNA

m. RNA t membawa pasangan kodon pada RNA m, sehingga disebut

antikodon

(Gambar 3.9). RNA t juga membawa asam amino yang

sesuai dengan kodon- kodon RNA d atau RNA m.

4. Hubungan Gen dengan Kromosom, DNA, dan RNA

Pada akhir abad ke-19, pembahasan dan pernyataan tentang gen

mulai dikemukakan oleh Mendel (kalian akan mempelajarinya pada

bab Hereditas). Mendel melaporkan hasil percobaannya, bahwa sifat-

sifat yang ada pada individu ditentukan oleh sepasang unit. Anggota

dari sepasang unit itu diturunkan oleh setiap induk (orang tua) kepada

individu keturunannya pada proses pewarisan sifat (akan dibahas pada

bab Pembelahan Sel).

Pada tahun 1900,

W.L. Johanssen

mengusulkan nama untuk

“unit” (yang disampaikan Mendel) tersebut sebagai gen. Semenjak itu,

penelitian terus berjalan semakin pesat. Akhirnya pada tahun 1903,

Sutton dan Boveri mengeluarkan pernyataan bahwa sebenarnya gen-

gen itu dibawa oleh kromosom.

Gambar 3.9

RNA t dan

bagiannya

ujung tempat

perlekatan asam

amino

antikodon

3 ́

5 ́

ikatan

hidrogen

Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 1, hlm. 326

Biologi Kelas XII

Gen

adalah unit genetis yang terdapat di dalam kromosom. Dalam

satu kromosom terdapat ribuan bahkan puluhan ribu gen. Gen- gen

tersebut terdapat di dalam DNA dan merupakan segmen dari DNA

yang berperan dalam menentukan sifat individu. Dengan mikroskop

elektron, gen tidak akan nampak melainkan struktur berupa asam nu-

kleat

Deoxyribo Nucleic Acid

( DNA). Oleh karena itu, gen adalah nama

fungsional, sedangkan DNA adalah nama strukturalnya.

Di dalam kromosom, gen- gen menempati suatu lokasi yang spesifi

disebut

lokus gen

. Gen- gen itu terletak berderet di sepanjang kromosom.

Pada tahun 1982, berhasil dilaporkan letak gen pada kromosom manusia.

Suatu sifat dikendalikan oleh sepasang gen. Anggota dari pasang an

gen disebut sebagai

alel

(Gambar 3.10), dimana satu alel diperoleh dari

induk jantan dan yang lain dari induk betina. Pasangan alel tersebut

merupakan penentu dari suatu sifat. Alel dinyatakan dengan bentuk

huruf. Huruf yang dipilih biasanya huruf terdepan dari sifat yang dom-

inan. Sifat dominan ditulis dengan huruf kapital. Misalnya, menulis-

kan sifat manis pada mangga yang dominan dengan sifat masam, maka

alel penentu manis dinyatakan dengan alel M dan sifat masam dengan

alel m. Sifat manis dinyatakan dominan, artinya sifat manis ditentukan

oleh alel dominan M. Apabila alel dominan M berpasangan dengan

alel dominan M, membentuk genotip MM (sifat manis). Namun, jika

alel dominan M berpasangan dengan alel resesif m maka genotipnya

Mm (sifat manis). Genotip mangga masam adalah mm. Mangga de-

ngan genotip MM dan Mm memiliki fenotip yang sama, yaitu rasanya

manis. Mangga dengan genotip mm memiliki fenotip rasanya masam.

Jika gen tersebut dua alel dominan, maka disebut

gen homozigot

dominan

. Jika dibentuk oleh dua alel resesif, maka disebut

gen ho-

mozigot resesif

. Sementara itu, jika gen dibentuk oleh sebuah alel

domi nan dan sebuah alel resesif maka disebut

gen heterozigot

Susunan genetis suatu sifat (karakter) yang dikandung individu

disebut

genotip

. Genotip dinyatakan dengan sepasang huruf untuk se-

tiap sifat. Pasangan huruf dapat disusun oleh 2 huruf yang sama, dapat

pula disusun oleh 2 huruf yang berbeda. Genotip yang dinyatakan

dengan 2 huruf yang sama, menunjukkan sifat homozigot. Apabila 2

huruf tersebut berbeda menunjukkan sifat heterozigot.

Fenotip

adalah bentuk luar atau sifat individu yang dapat ditang-

kap oleh panca indera kita. Contoh rambut hitam, rasa asin, warna

merah, suaranya keras, kulitnya kasar, tubuhnya gemuk, matanya sipit

dan lain-lainnya.

Selanjutnya, lakukanlah rubrik

Telisik

dan

Uji Kompetensi

berikut.

Membuat Model DNA dan RNA serta Membedakan Keduanya

Cermati kembali uraian tentang DNA dan RNA. Kalian dapat mencari informasi tentang DNA dan

RNA dari buku lain.

Carilah foto atau gambar struktur DNA dan RNA baik melalui internet atau buku yang mendukung. Foto

atau gambar dapat berupa rantai ganda terpilin atau tidak dan dilengkapi dengan basa nitrogennya.

Telisik

Gambar 3.10

Pasangan alel dalam kromosom

kromosom homolog

Genetika

Buatlah model DNA dan RNA bersama kelompok kalian di luar kelas (di rumah) sehingga diperoleh

struktur seperti pada gambar atau foto struktur DNA dan RNA. Bahan yang dapat kalian pakai

adalah kayu, bambu, kawat, dan manik-manik bulat.

Buat dan lengkapilah tabel perbedaan antara DNA dengan RNA berikut.

Komponen

DNA

RNA

Gula

Deoksiribosa

...........................

Basa nitrogen

(a) purin

(b) pirimidin

............................

dan .......................

timin dan ................

adenin dan ..............

.......................

.................. dan ..............

Heliks polinukleotida

(a) ganda berpilin

(b) ukuran ...............

(a) .........................

(b) .........................

Terdapatnya

di (a) .....................

(b) .....................

(a) .........................

(b) .........................

Kumpulkan model DNA dan RNA yang telah kalian buat dan diskusikan dengan teman kalian. Jelas-

kan tentang hasil pada tabel di atas di depan gurumu.

Kerjakanlah soal-soal berikut ini.

Bedakanlah maksud dari:

a. Gen

DNA

Kromosom

Apakah fungsi dari gen, RNA, DNA, dan kro-

mosom?

Jelaskan sifat-sifat dari DNA.

Jelaskan hubungan antara

gen,

DNA, RNA,

dan kromosom.

Sebutkan dan jelaskan macam dan fungsi

RNA.

Sebutkan bagian-bagian dari stuktur kro-

mosom.

7. Apa yang dimaksud dengan kromosom

homolog?

Jelaskan yang dimaksud dengan gen ho-

mozigot dominan dan

gen homozigot re-

sesif. Berikan contoh masing-masing.

Apa yang dimaksud dengan karyotipe?

10. Gambarkan rantai ganda DNA sederhana

berserta pasangan basa nitrogennya.

Uji Kompetensi

B. Sintesis Protein

Proses sintesis atau pembentukan protein memerlukan adanya

molekul RNA yang merupakan materi genetik di dalam kromosom,

serta DNA sebagai pembawa sifat keturunan. Informasi genetik pada

double helix

DNA berupa kode-kode sandi atau kode genetik. Nah,

kode-kode sandi tersebut nantinya akan dibawa atau dicetak untuk

membentuk RNA. Informasi berupa urutan kode-kode sandi pada

RNA akan dirangkai menjadi asam-asam amino, peptida, polipeptida,

sampai terbentuk protein.

Biologi Kelas XII

Protein-protein yang terbentuk akan menyusun sebagian besar

komponen di dalam tubuh. Contoh protein sebagai komponen pe-

nyusun tubuh adalah miosin, aktin, keratin, kolagen, hemoglobin, dan

insulin.

Variasi dari 20 macam asam amino yang ada, dapat memben-

tuk protein yang berbeda-beda. Oleh karena itu, setiap individu akan

mempunyai bermacam-macam protein yang berbeda pula satu sama

lain. Lalu, bagaimana hubungan sintesis protein dengan sifat-sifat indi-

vidu? Nah, seperti telah disebutkan sebelumnya, protein akan menyu-

sun komponen tubuh. Setiap komponen yang berbeda tentunya akan

menghasilkan sifat dan fungsi yang berbeda pula. Dengan demikian,

protein dikatakan dapat mengekspresikan sifat pada individu. Sebagai

contoh, individu yang mempunyai kadar hemoglobin yang rendah

akan menunjukkan sifat atau ciri yang berbeda dengan individu yang

berkadar hemoglobin tinggi. Apa sajakah tahapan dalam sintesis pro-

tein?

1. Tahapan Sintesis Protein

Pada tahun 1950,

Paul Zamecnik

melakukan percobaan un-

tuk mengetahui tahapan dan tempat terjadinya sintesis protein. Paul

menginjeksikan asam amino radioaktif ke tubuh tikus dan berhasil

menjelaskan tempat terjadinya sintesis protein, yaitu di dalam ribo-

som. Selanjutnya, penelitian dilakukan bersama dengan

Mahlon

dan

menyimpulkan bahwa molekul RNA pemindah (RNA t) berperan

dalam sintesis protein. Akhirnya, Francis Crick menemukan bahwa

RNA pemindah harus mengenali urutan nukleotida untuk disusun se-

bagai asam amino sesuai pemesanan, yang kemudian dibawa oleh RNA

pembawa pesan.

Tahapan sintesis protein mengikuti aturan dogma sentral, dimana

informasi genetik dipindahkan dari DNA ke DNA melalui tahap

replikasi. Dari DNA ke RNA melalui tahap transkripsi. Selanjutnya

dari RNA ke protein melalui sintesis protein.

Sebelum terjadi sintesis protein, DNA pada struktur nukleosom

akan lepas dari protein histon oleh bantuan kerja enzim polimerase.

Secara umum, proses sintesis protein meliputi tiga tahapan utama, an-

tara lain:

a. Replikasi DNA

Setiap sel dapat memperbanyak diri dengan cara membelah. Se-

buah sel membelah menjadi 2 sel, 2 sel membelah menjadi 4 sel, 4 sel

membelah menjadi 8 sel dan seterusnya. Sebelum sel membelah, ter-

jadi perbanyakan komponen-komponen di dalam sel termasuk DNA.

Perbanyakan DNA dilakukan dengan cara replikasi. Dengan demikian,

replikasi

adalah proses pembuatan (sintesis) DNA baru atau penggan-

daan DNA di dalam nukleus. Pada saat replikasi berlangsung, DNA

induk membentuk kopian DNA anak yang sama persis sehingga DNA

induk berfungsi sebagai cetakan untuk pembentukan DNA baru.

Kilas

Pada pelajaran biologi

kelas XI tentang sistem

pencernaan makanan,

protein merupakan senyawa

senyawa organik berukuran

besar yang tersusun oleh

monomer-monomer berupa

asam amino. Asam amino

yang satu dengan asam

amino yang lain membentuk

molekul peptida. Peptida-

peptida tersebut akhirnya

membentuk polipeptida

yang kemudian membentuk

protein.

Genetika

Setelah Watson dan Crick menemukan model DNA yang berupa

heliks ganda terpilin pada tahun 1953, munculah 3 macam hipotesis

tentang cara atau model DNA bereplikasi (Gambar 3.11), antara lain:

1) Model Konservatif

Menurut hipotesis ini, rantai ganda DNA induk langsung mem-

bentuk salinan ber

upa rantai ganda DNA baru tanpa ada pemisahan

rantai ganda DNA induk terlebih dahulu. Replikasi pertama meng-

hasilkan dua rantai ganda DNA, terdiri dari satu rantai ganda DNA in-

duk dan satu rantai ganda DNA yang benar-benar baru. Pada replikasi

kedua, masing-masing rantai ganda DNA tersebut langsung memben-

tuk salinan DNA yang baru lagi. Akhirnya, menghasilkan empat buah

DNA. Satu DNA tetap merupakan DNA induk yang utuh dan tiga

DNA merupakan DNA baru.

2) Model Semi Konservatif

Hipotesis model semi konservatif ini dikemukakan oleh Watson

dan C

rick, menyatakan bahwa rantai ganda DNA induk membuka atau

memisah terlebih dahulu sehingga terbentuk dua buah rantai tunggal

DNA. Masing-masing rantai tunggal tersebut berfungsi sebagai cetakan

untuk membentuk rantai tunggal DNA baru, melalui pembentukan

pasangan basa yang komplementer dengan basa nitrogen DNA induk.

Dengan demikian, hasil replikasi pertama adalah dua buah DNA.

Masing-masing DNA terdiri dari satu rantai tunggal induk dan satu

rantai tunggal yang baru. Pada replikasi kedua, masing-masing rantai

ganda DNA tersebut membuka kembali sehingga dihasilkan empat

buah DNA. Dua buah DNA mengandung rantai tunggal induk dan

dua buah DNA yang lain merupakan rantai DNA baru.

3) Model Dispersif

Rantai ganda DNA hasil replikasi pertama maupun replikasi ke

dua dari

DNA induk mengandung segmen campuran antara ran-

tai DNA induk dan rantai DNA baru. Artinya, rantai ganda DNA

salinannya terdiri dari dua rantai

tunggal DNA yang masing-masing

mengandung segmen (bagian atau

potongan) DNA induk dan segmen

DNA baru.

Pada akhir tahun 1950-an,

Mat-

thew Meselson

dan

Franklin Stahl

melakukan percobaan untuk mengu-

ji ketiga hipotesis tersebut. Ternyata,

hasil percobaannya mendukung hipo-

tesis atau ide dari Watson dan Crick

yaitu model semi konservatif.

Gambar 3.11

Tahapan

transkripsi RNA

a. konservatif

b. semi konservatif

c. dispersif

Galeri

RNA Virus dapat

Membentuk DNA

Menurut Baltimore, Mizushi-

ma, dan Temin (1970), bebe-

rapa virus dapat mensintesis

DNA dari RNA hasil cetakan

yang berantai tunggal. Enzim

yang berperan disebut DNA

polimerase bergantung RNA

atau Transkriptase Seba-

liknya.

Suryo, Genetika, hlm. 101

(a)

(b)

(c)

Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 1, hlm. 305

Biologi Kelas XII

Gambar 3.12

ahapan

replikasi

DNA

Replikasi merupakan tahapan rumit yang mengawali sintesis pro-

tein. Oleh karena itu, kalian perlu menyimak dengan saksama.

Proses replikasi dimulai pada beberapa daerah spesifi k dari rantai

DNA, disebut

pangkal replikasi

. Beberapa tahapan dan enzim yang

berperan dalam sintesis protein, antara lain:

a) DNA helikase, berfungsi untuk membuka rantai ganda DNA

induk.

b) Enzim primase, membentuk primer yang merupakan segmen

pendek dari RNA sebagai pemula untuk terjadinya sintesis protein.

c) Dari ujung 3 ́ RNA primer, DNA polimerase menambahkan pasang-

an basa nitrogen (dari nukleotida-nukleotida) pada rantai tunggal

DNA induk dan terbentuk rantai DNA yang bersambungan secara

kontinyu (tanpa terpisah-pisah) yang disebut

leading strand

d) Pada rantai tunggal DNA induk yang lain, DNA polimerase

membentuk

lagging strand

(merupakan keseluruhan rantai kopian

DNA yang pertumbuhannya tidak kontinyu) dengan memper-

panjang RNA primer-RNA primer di beberapa tempat sehingga

membentuk segmen-segmen DNA baru yang saling terpisah. Seg-

men-segmen itulah yang disebut

fragmen Okazaki

e) DNA polimerase yang lainnya, menggantikan RNA primer de-

ngan DNA dan enzim ligase menghubungkan segmen-segmen

okazaki, sehingga terbentuk salinan DNA baru.

Nah, DNA baru yang telah terbentuk (identik dengan DNA in-

duk) akan melanjutkan tahapan untuk mensintesis protein yaitu tahap-

an transkripsi dan translasi.

b. Transkripsi

Pada tahapan ini, DNA akan membentuk RNA dengan cara

menerjemahkan kode-kode genetik dari DNA. Proses pembentukan

RNA ini disebut

transkripsi

, yang menghasilkan 3 macam RNA seperti

yang telah kalian ketahui sebelumnya, yaitu RNA m, RNA t, dan RNA r.

Transkripsi terjadi di dalam sitoplasma dan diawali dengan mem-

bukanya rantai ganda DNA melalui kerja enzim RNA polimerase. Se-

buah rantai tunggal berfungsi sebagai rantai cetakan atau

rantai sense

Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 1, hlm. 309

Genetika

rantai yang lain dari pasangan DNA ini disebut

rantai anti sense

. Tidak

seperti halnya pada replikasi yang terjadi pada semua DNA, transkripsi

ini hanya terjadi pada segmen DNA yang mengandung kelompok gen

tertentu saja. Oleh karena itu, nukleotida nukleotida pada rantai sense

yang akan ditranskripsi menjadi molekul RNA dikenal sebagai

unit

transkripsi

Transkripsi meliputi 3 tahapan, yaitu tahapan inisiasi, elongasi,

dan terminasi.

1) Inisiasi (Permulaan)

Jika pada proses replikasi dikenal daerah pangkal replikasi, pada

transkripsi ini dikenal

promoter

, yaitu daerah DNA sebagai tempat

melekatnya RNA polimerase untuk memulai transkripsi. RNA polim-

erase melekat atau berikatan dengan promoter, setelah promoter beri-

katan dengan kumpulan protein yang disebut

faktor transkripsi

. Nah,

kumpulan antara promoter, RNA polimerase, dan faktor transkripsi ini

disebut

kompleks inisiasi transkripsi

. Selanjutnya, RNA polimerase

membuka rantai ganda DNA.

2) Elongasi (Pemanjangan)

Setelah membuka pilinan rantai ganda DNA, RNA polimerase ini

kemudian menyusun untaian nukleotida-nukleotida RNA dengan arah

5 ́ ke 3 ́. Pada tahap elongasi ini, RNA mengalami pertumbu-

han memanjang seiring dengan pembentukan pasangan basa

nitrogen DNA. Pembentukan RNA analog dengan pem-

bentukan pasangan basa nitrogen pada replikasi. Pada RNA

tidak terdapat basa pirimidin timin (T), melainkan urasil

(U). Oleh karena itu, RNA akan membentuk pasangan basa

urasil dengan adenin pada rantai DNA. Tiga macam basa

yang lain, yaitu adenin, guanin, dan sitosin dari DNA akan

berpasangan dengan basa komplemennya masing-masing

sesuai dengan pengaturan pemasangan basa. Adenin berpa-

sangan dengan urasil dan guanin dengan sitosin (Gambar 3.13).

3) Terminasi (Pengakhiran)

Penyusunan untaian nukleotida RNA yang telah dimulai dari dae-

rah pr

omoter berakhir di daerah terminator. Setelah transkripsi selesai,

rantai DNA menyatu kembali seperti semula dan RNA polimerase

segera terlepas dari DNA. Akhirnya, RNA terlepas dan terbentuklah

RNA m yang baru.

Pada sel prokariotik, RNA hasil transkripsi dari DNA, langsung

berperan sebagai RNA m. Sementara itu, RNA hasil transkripsi gen

pengkode protein pada sel eukariotik, akan menjadi RNA m yang

fungsional (aktif ) setelah malalui proses tertentu terlebih dahulu.

Dengan demikian, pada rantai tunggal RNA m terdapat beberapa

urut-urutan basa nitrogen yang merupakan komplemen (pasangan) dari

pesan genetik (urutan basa nitrogen) DNA. Setiap tiga macam urutan

basa nitrogen pada nukleotida RNA m hasil transkripsi ini disebut se-

bagai

triplet

atau

kodon

Gambar 3.13

Tahap elongasi transkripsi

Biologi Kelas XII

c. Translasi

Setelah replikasi DNA dan transkripsi RNA m

di dalam nukleus, RNA m dari nukleus dipindah-

kan ke sitoplasma sel. Langkah selanjutnya adalah

proses translasi RNA m untuk membentuk protein.

Translasi merupakan proses penerjemahan bebera-

pa triplet atau kodon dari RNA m menjadi asam

amino-asam amino yang akhirnya membentuk

protein. Urutan basa nitrogen yang berbeda pada

setiap triplet, akan diterjemahkan menjadi asam

amino yang berbeda. Misalnya, asam amino fenilal-

anin diterjemahkan dari triplet UUU (terdiri dari

3 basa urasil), asam amino triptofan (UGG), asam

amino glisin (GGC), dan asam amino serin UCA.

Sebanyak 20 macam asam amino yang diperlukan

untuk pembentukan protein merupakan hasil ter-

jemahan triplet dari RNA m. Selanjutnya, dari be-

berapa asam amino (puluhan, ratusan, atau ribuan) tersebut dihasilkan

rantai polipeptida spesifi k dan akan membentuk protein spesifi

k pula.

Sebelum kalian melanjutkan bahasan tentang tahapan translasi,

lakukanlah rubrik

Diskusi

berikut ini.

Lalu, bagaimana mekanisme translasi tersebut? Langkah-langkah

pada proses translasi adalah sebagai berikut:

1) Inisiasi Translasi

Ribosom sub unit kecil mengikatkan diri pada RNA m yang telah

membawa sandi bagi asam amino yang akan dibuat, ser

ta mengikat pada

bagian inisiator RNA t. Selanjutnya, molekul besar ribosom juga ikut

terikat bersama ketiga molekul tersebut membentuk kompleks inisiasi.

Molekul-molekul RNA t mengikat dan memindahkan asam

amino dari sitoplasma menuju ribosom dengan menggunakan energi

GTP dan enzim. Bagian ujung RNA t yang satu membawa antikodon,

berupa triplet basa nitrogen. Sementara, ujung yang lain membawa

satu jenis asam amino dari sitoplasma. Kemudian, asam amino tertentu

tersebut diaktifkan oleh RNA t tertentu pula dengan menghubungkan

antikodon dan kodon (pengkode asam amino) pada RNA m.

Kodon pemula pada proses translasi adalah AUG, yang akan

mengkode pembentukan asam amino metionin. Oleh karena itu, an-

tikodon RNA t yang akan berpasangan dengan kodon pemula adalah

Diskusikanlah dengan teman kalian, mungkinkah dalam proses translasi dapat terjadi kesalahan dalam

menerjemahkan kode-kode genetik yang dibawa oleh RNA m? Apa yang akan terjadi dari kemungkinan

tersebut? Kalian dapat mencari informasi yang mendukung jawaban kalian.

Diskusi

C 2

# 10

0= 2

Gambar 3.14

Tahapan transkripsi RNA

Gambar 3.15

Tahap inisiasi translasi

sub unit

ribosom besar

met

UAC

AUG

sub unit

ribosom kecil

kodon pemula (start

kodon)

Genetika

UAC. RNA t tersebut membawa asam amino metionin pada sisi pem-

bawa asam aminonya.

2) Elongasi

Tahap pengaktifan asam amino terjadi kodon demi kodon sehingga

dihasilkan asam amino satu demi satu. Asam-asam amino yang telah

diaktifkan oleh kerja RNA t sebelumnya, dihubungkan melalui ikatan

peptida membentuk polipeptida pada ujung RNA t pembawa asam

amino. Misalnya, RNA t membawa asam amino fenilalanin, maka an-

tikodon berupa AAA kemudian berhubungan dengan kodon RNA m

UUU. Fenilalanin tersebut dihubungkan dengan metionin membentuk

peptida. Nah, melalui proses elongasi, rantai polipeptida yang sedang

tumbuh tersebut semakin panjang akibat penambahan asam amino.

3) Terminasi

Proses translasi berhenti setelah antikodon yang dibawa RNA t

ber

temu dengan kodon UAA, UAG, atau UGA. Dengan demikian,

rantai polipeptida yang telah terbentuk akan dilepaskan dari ribosom

dan diolah membentuk protein fungsional.

Gambar 3.16

Tahap elongasi translasi

a. RNA t membawa antikodon

AAA & asam amino

(fenilalanin)

antikodon AAA berpasangan

dengan kodon RNA m

c. pembentukan ikatan peptida

d. pemanjangan rantai

polipeptida & ribosom siap

menerima RNA t selanjutnya

met

fen

met

fen

met

fen

met

RNA m

5 ́

3 ́

5 ́

3 ́

5 ́

kodon stop

AG, UAA, atau UGA)

3 ́

polipeptida bebas

pelepasan sub unit

kromosom

Gambar 3.17

erminasi translasi

Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 1, hlm. 329

Campbell, Reece, & Mitchell, Biologi 1, hlm. 330

Biologi Kelas XII

Setelah kalian mempelajari tahapan dalam sintesis protein, simaklah

uraian berikut ini agar kalian lebih mudah memahami sintesis protein.

2. Kode Genetik dalam Sintesis Protein

Sekarang kita sudah memperoleh jawaban tentang bagaimana

bahasa DNA yang hanya memiliki 4 basa nitrogen dapat diterjemahkan

menjadi bahasa protein. Rahasia ini terbongkar sejak tahun 1961

oleh

Marshal Nirenberg

dan

Mathei

. Mereka melakukan percobaan

menggunakan

E. coli

dengan asam poli urasil. Menurut hasil percobaan

tersebut, cetakan UUU yang dibawa oleh RNA m, artinya adalah asam

amino fenilalanin. Dengan cara yang sama, triplet CCC diartikan

sebagai prolin dan triplet AAA artinya asam amino lisin.

Pada kamus kode genetik terdapat 64 kombinasi triplet untuk

20 asam amino. Jadi, terdapat asam amino tertentu melebihi triplet

( kodon). Setiap triplet disusun oleh 3 basa nitrogen. Rangkaian tiga

basa nitrogen yang menyusun kode disebut triple atau trikodon atau

kodon. Rangkaian tiga basa nitrogen yang ada pada DNA yang bertu-

gas membuat kode-kode disebut

kodogen

(agen pengkode).

Jika kalian perhatikan, dari 64 triplet nukleotida terdapat 3 buah

kode yaitu UAG, UAA dan UGA tidak menyandi asam amino apa-

pun. Kodon- kodon tersebut adalah kodon- kodon yang tak bernuksa

(nonsense) yang secara umum menjadi tanda berakhirnya rantai poli-

peptida. Kodon AUG menjadi kodon sandi asam amino metionin serta

sebagai tanda dimulainya rantai polipeptida.

Heliks DNA merupakan material kromosom yang membawa

informasi genetik. DNA tersebut memiliki kemampuan membentuk

atau membuat RNA d (RNA kurir = RNA m) melalui proses trans-

kripsi. Pesan-pesan DNA dicetak sebagai kode-kode. Heliks DNA

yang bertugas mencetak kode-kode disebut

DNA template

( DNA

sense), sedangkan rantai DNA pasangannya disebut

DNA anti sense

Satu kromosom adalah satu molekul DNA. Satu molekul DNA me-

ngandung jutaan pasangan nukleotida, artinya sebuah heliks DNA

mengandung jutaan nukleotida. Tidak semua kode-kode yang ada

pada DNA ditranskripsikan. Transkripsi DNA bersifat selektif. Kode-

kode yang ditraskripsikan ditujukan untuk urutan asam amino yang

telah ditentukan secara genetik. DNA sense melalui proses transkripsi

membentuk RNA d. Basa nitrogen yang ada pada RNA d yang meru-

pakan pesan DNA, disebut kodon. Selanjutnya proses sintesis protein

yang terjadi merupakan proses terjemahan kodon- kodon yang dibawa

oleh RNA d.

Apakah yang akan terjadi jika RNA transfer salah dalam menter-

jemahkan kodon? Yang akan terjadi adalah terbentuknya asam amino

yang tidak sesuai dengan pesanan DNA (tidak sesuai dengan harapan).

Asam amino yang berbeda membentuk protein yang berbeda, protein

yang berbeda membentuk enzim yang berbeda, sehingga sifat yang

dikendalikan juga berbeda. Apabila terjadi kesalahan seperti ini, maka

dapat bersifat menurun dan menyebabkan terjadinya mutasi.

Galeri

Kodon pada Khamir

Mitokondria khamir menggu-

nakan kodon di luar kamus

kodogen. Kode AUA tidak

menyandi isoleusin tetapi

menyandi metionin. UGA

biasanya untuk penghen-

tian tetapi mensandikan

triptofan.

Lehninger, Dasar-dasar Biokimia

Genetika

Dengan penjelasan di atas dapat dipertegas bahwa kesalahan RNA

t dalam menerjemahkan kodon- kodon RNA d merupakan mekanisme

terjadinya mutasi gen (mutasi akan dibahas pada bab tersendiri).

Agar kalian dapat memahami dengan baik tentang sintesis pro-

tein, lakukanlah rubrik

Percobaan

dan

Uji Kompetensi

berikut ini.

Asam

Amino

Kodon

atau

Triplet

Asam

amino

Kodon

atau

Triplet

Kodon

Fenilal-

anin

UUU

UUC

Lisin

AAA

AAG

Tirosin UAU

UAC

Leusin

UUA

UUG

CUU

CUC

CUA

CUG

Aspara-

gin

GAU

GAC

Alanin GCU

GCC

GCA

GCG

Isoleusin AUU

AUG

AUA

Gluta-

min

GAA

GAG

Histi-

din

CAU

CAC

Metio-

nin

AUG

(start

kodon)

Sistein

UGU

UGC

Glisin

CAA

CAG

GGU

GGC

GGA

GGG

Tabel 3.2. Kodon dan Asam Aminonya

Asam

Amino

Kodon

atau

Triplet

Asam

amino

Kodon

atau

Triplet

Kodon

Valin

GUU

GUC

GUG

Arginin CGU

CGC

CGA

CGG

AGA

AGG

Th reo-

nin

UAU

UAC

Serin

UCU

UCC

UCA

UCG

AGU

AGC

Asam

Aspar-

tat

GAU

GAC

Tripto-

fan

UGG

Prolin

CCU

CCC

CGA

CCG

Asam

Gluta-

mat

GAA

GAG

Stop

Kodon

UAA

UAG

UGA

Suryo, Genetika, hlm. 90 (dengan pengembangan)

Percobaan

Mengetahui Konsep Replikasi DNA

A. Dasar Teori

Sebelum sintesis protein, terjadi proses replikasi DNA sehingga terbentuk DNA baru yang identik

dengan DNA induk. Berdasarkan penelitian, replikasi DNA terjadi secara semi konservatif.

DNA

hasil

replikasi kemudian akan ditranskripsikan menjadi RNA m yang membawa kode-kode ge-

netik dari DNA. Selanjutnya, kode-kode genetik dari RNA m akan ditranslasikan untuk memben-

tuk asam-asam amino.

B. Tujuan

Mendeskripsikan konsep

replikasi DNA dan transkripsi

C. Alat dan Bahan

Enam buah penggaris 1 meteran

Lima macam warna was, masing-masing jumlahnya 10 buah (setiap was berukuran (2 x 2

x 1) cm)

3. Gambar

double helix

DNA dengan 6 pasang nukleotida

Biologi Kelas XII

Kerjakanlah soal-soal berikut ini.

1. Jelaskan secara umum, hubungan antara

DNA, RNA, dan polipeptida dalam sintesis

protein.

2. Sebutkan 3 tahapan utama dalam sintesis

protein dan jelaskan maksud masing-masing

secara singkat.

3. Sebutkan tahapan

replikasi DNA secara sing-

kat.

Apa yang dimaksud dengan transkripsi?

Sebutkan 3 tahapan pada transkripsi.

Di manakah terjadinya replikasi,

transkrip-

si, dan translasi?

7. Jelaskan peran sintesis protein yang

berkaitan dengan sifat individu.

Apakah yang dimaksud dengan:

a. Rantai sense

b. Rantai

anti sense

c. Kodon

Jelaskan pada tahapan apakah kode ge-

netik dari RNA m disandikan menjadi asam

amino.

10. Sebutkan 3 macam kode genetik (

kodon)

yang berperan sebagai kodon pember-

henti (stop kodon).

Uji Kompetensi

Ikhtisar

Pada saat sel sedang membelah, benang-benang kromatin ini memendek dan menebal membentuk

struktur yang disebut kromosom.

Kromosom mempunyai 2 bagian utama yaitu sentromer (kinetokor) dan lengan. Pada lengan

ditemukan bagian-bagian berupa matriks, kromonema, kromomer, dan lekukan sekunder. Kadang-

kadang dijumpai adanya satelit.

D. Cara Kerja

Perhatikan gambar

double helix

DNA tersebut.

Ingat bahwa DNA memiliki kemampuan replikasi dan transkripsi.

Letakkan 2 penggaris pada meja. Jarak antara penggaris yang satu dengan yang lain 75

cm. Anggap penggaris tersebut adalah gugus fosfat dan gula deoksiribosa.

Berilah label was dengan A, T, G, C, dan U. Setiap label yang sama harus mempunyai warna

yang sama. Contoh: label A warna hijau sebanyak 8 buah, label T warna orange sebanyak

8 buah, G warna biru 8 buah, C warna merah 8 buah, dan U warna kuning 8 buah.

Lakukan pengaturan letak was berdekatan dengan kedua penggaris. Kalian meletakkan 16

was di sebelah kanan penggaris pertama dan di sebelah kiri penggaris kedua.

5. Lakukan praktek

replikasi

DNA. Susun heliks baru hasil replikasi, kemudian tulislah hasil

replikasi DNA berupa 2 buah DNA baru.

6. Gambarlah hasilnya.

Anggap heliks DNA penggaris kiri sebagai pita sense.

Letakkan sebuah penggaris di dekat pita sense sebagai pengganti pita RNA m. Letakkan

was-was yang cocok untuk berikatan dengan was yang ada pada pita sense.

Gambarkan pita RNA m hasil transkripsi.

10. Diskusikan hasilmu dengan teman dan gurumu. Apabila kalian menemui kesulitan, mintalah

penjelasan pada gurumu.

E. Pembahasan

Jelaskan empat macam basa nitrogen yang berperan dalam replikasi DNA.

Bagaimanakah aturan pemasangan basa nitrogen dalam replikasi DNA?

Samakah DNA hasil replikasi yang terbentuk dengan DNA induk?

Genetika

3. Jumlah kromosom pada setiap jenis organisme berbeda-beda, namun bersifat tetap (konstan).

Jumlah kromosom tiap jenis organisme menunjukkan banyaknya kromosom yang ada pada sebuah

sel organisme tersebut.

4. Berdasarkan letak sentromernya, bentuk kromosom dibedakan menjadi 4 macam, antara lain:

metasentris, sub metasentris, telosentris, dan akrosentris.

5. Spesies yang berbeda memiliki ukuran kromosom yang berbeda. Pada umumnya, kromosom sel

tumbuhan lebih besar dibanding kromosom sel hewan.

Berdasarkan ukuran (panjang), jumlah, dan bentuk kromosom maka kromosom sel somatis dapat

disusun atau diatur secara standar. Hasil penyusunan ini disebut karyotipe.

Jumlah atau satu set atau perangkat dari bermacam-macam homolog tersebut dinamakan genom

atau ploidi.

Kromosom mempunyai komponen utama, antara lain: DNA (

Deoxyribo Nucleic Acid

atau

asam

nukleat deoksiribosa), protein histon, dan protein non histon. Protein histon bersifat basa kuat dan

menetralkan keasaman DNA.

DNA merupakan material kromosom sebagai penyimpan informasi genetik DNA berperan dalam

membawa dan menyimpan informasi genetik sel. Jumlah dan jenis informasi di dalam sel (tiap

sebuah sel) sangat banyak.

10.

DNA dan RNA tersusun oleh nukleotida-nukleotida yang saling terpaut membentuk polinukleotida

yang amat panjang. DNA merupakan molekul yang besar (makromolekul) dan terdiri dari dua rantai

polinukleotida yang saling berikatan. Setiap nukleotida tersusun atas 3 komponen, antara lain: sebuah

basa nitrogen, sebuah gula pentosa yaitu deoksiribosa, dan satu gugus fosfat.

11. Basa nitrogen

DNA meliputi basa purin dan basa pirimidin. Basa purin meliputi guanin (G) dan adenin

(A), basa pirimidin meliputi sitosin (C) dan timin (T).

12. Komponen gula RNA berupa gula ribosa. Dua purin dan dua pirimidin juga ditemukan pada RNA,

tetapi basa pirimidin timin tidak ditemukan. Pada RNA ditemukan pirimidin urasil.

13. Berdasarkan tempat terdapat dan fungsinya, RNA dibedakan menjadi RNA m (

RNA messenger

), RNA

r (RNA ribosom) dan RNA t (RNA transfer).

14. Gen adalah unit genetis yang terdapat di dalam kromosom. Dalam satu kromosom terdapat ribuan

bahkan puluhan ribu gen. Gen- gen tersebut terdapat di dalam DNA dan merupakan segmen dari

DNA yang berperan dalam menentukan sifat individu. Gen merupakan nama fungsional, sedangkan

DNA adalah nama strukturalnya.

15. Suatu sifat dikendalikan oleh sepasang gen. Anggota dari pasangan gen disebut sebagai alel,

dimana satu alel diperoleh dari induk jantan dan yang lain dari induk betina. Pasangan alel tersebut

merupakan penentu dari suatu sifat.

16. Jika

gen tersebut dua alel dominan, maka disebut gen homozigot dominan. Jika dibentuk oleh dua

alel resesif, maka disebut gen homozigot resesif. Sementara itu, jika gen dibentuk oleh sebuah alel

dominan dan sebuah alel resesif maka disebut gen heterozigot.

17. Informasi genetik pada

double helix

DNA berupa kode-kode sandi atau kode genetik.

18. Replikasi

DNA atau penggandaan DNA meliputi 3 tahapan, antara lain: inisiasi (permulaan), elongasi

(pemanjangan), dan terminasi (pengakhiran).

19. Translasi merupakan proses penerjemahan beberapa triplet atau kodon dari RNA m menjadi asam

amino-asam amino yang akhirnya membentuk protein. Urutan basa nitrogen yang berbeda pada

setiap triplet, akan diterjemahkan menjadi asam amino yang berbeda. Tahapan pada

translasi

meliputi inisiasi translasi, elongasi, dan terminasi.

Biologi Kelas XII

S e n a r a i k a t a

Anti kodon

Pasangan dari kodon, terdapat pada

bagian ujung RNA t dan berperan dalam translasi

protein

Anti sense

Rantai tunggal DNA dimana kode-kode

genetiknya tidak berfungsi untuk mencetak RNA m

dan merupakan pasangan rantai sense

Asam nukleat

Molekul organik berukuran besar

berupa DNA dan RNA

Histon

Protein basa yang banyak mengandung

asam amino arginin dan lisin serta membentuk

kumpulan dengan DNA dalam struktur nukleosom

Karyotipe

Pengaturan atau penyusunan kromosom

sel somatis individu secara standar berdasarkan

panjang, jumlah, dan bentuk kromosom

Kodon

Disebut triplet., kelompok nukleotida yang

terdiri dari 3 basa nitrogen pada RNA m yang akan

menyandi asam amino tertentu

Nukleoprotein

Struktur yang terdiri dari asam

nukleat dan protein

Nukleosom

Kumpulan dari DNA dan protein histon

yang membentuk lilitan

Satelit

Struktur tambahan pada ujung kromosom,

Tidak selalu ada pada setiap kromosom

Template

Disebut bagian sense, bagian rantai

DNA yang akan disalin kode-kode genetiknya dan

merupakan pasangan rantai anti-sense

A Pilihlah satu jawaban yang paling tepat.

Bagian kromosom berupa benang-benang

halus berbentuk spiral disebut . . . .

a. sentromer

d. satelit

b. telomer

e. kromonema

c. kinetokor

2. Jumlah kromosom sel pada manusia adalah

. . . .

a. 46

d. 24

b. 36

e. 16

c. 8

3. Kromosom yang mempunyai sentromer di

bagian tengah dan membagi lengan kro-

mosom menjadi dua bagian yang sama

panjangnya, disebut . . . .

a. telosentris

d. akrosentris

b. metasentris

e. telomer

c. sub metasentris

4. Keseluruhan jumlah dari seperangkat pa-

sangan kromosom homolog, disebut . . . .

a. somatis

d. haploid

b. karyotipe

e. diploid

c. ploidi

5. Kromosom sel tubuh manusia bersifat . . . .

a. haploid

d. diploid

b. somatis

e. triploid

c. genom

6. Bagian kromosom tempat terdapatnya

DNA dan protein histon adalah . . . . . .

a. satelit

d. sentromer

b. histon

e. telomer

c. kromomer

7. Berikut ini adalah organel-organel sel:

1) sitoplasma

4) plastida

2) nukleus

5) badan golgi

3) mitokondria

6) ribosom

Ulangan Harian

Genetika

DNA pada sel eukariotik dapat dijumpai

pada . . . .

a. 1 dan 2

d. 4, 5, dan 6

b. 2 saja

e. 5 dan 6

c. 2, 3, dan 4

8. Berikut ini pernyataan tentang DNA:

1) pada sel prokariotik mempunyai rantai

ganda

2) pada sel eukariotik mempunyai rantai

tunggal

3) pada sel eukariotik mempunyai rantai

ganda

4) dapat mengalami denaturasi dan tidak

dapat mengalami renaturasi

5) merupakan materi pembawa informasi

genetik

6) dapat dijumpai pada badan golgi

7) ketebalannya dapat mencapai 20 A

Dari pernyataan di atas, yang menunjukkan

sifat DNA adalah . . . .

a. 1, 2, dan 7

d. 3, 5, dan 7

b. 2, 4, dan 7

e. 5, 6, dan 7

c. 3, 4, dan 5

9. Basa nitrogen pada DNA yang tidak dimi-

liki oleh RNA adalah . . . .

a. urasil

d. guanin

b. thimin

e. sitosin

c. adenin

10. Perbedaan utama pada struktur DNA dan

RNA adalah pada . . . .

a. gula ribosa

b. gugus fosfat

c. gugus fosfat dan gula ribosa

d. basa nitrogen

e. gula ribosa dan basa nitrogennya

11. Gugus gula pada struktur DNA adalah . . . .

a. ribosa

b. deoksiribosa

c. basa nitrogen

d. gugus fosfat

e. polisakarida

12. Pasangan-pasangan berikut ini terjadi pada

basa nitrogen . . . .

a. adenin dan guanin (ikatan tunggal)

b. guanin dan timin (ikatan ganda)

c. sitosin dan adenin (ikatan rangkap

tiga)

d. adenin dan timin (ikatan ganda)

e. adenin dan timin (ikatan rangkap tiga)

13. Ikatan antara basa nitrogen dan antara nuk-

leotida satu dengan nukleotida berikutnya

adalah . . . .

a. ikatan hidrogen, ikatan fosfodiester

b. ikatan fosfodiester, ikatan hidrogen

c. ikatan rangkap, ikatan hidrogen

d. ikatan ion, ikatan hidrogen

e. ikatan ion, ikatan fosfodiester

14. RNA yang bertugas membawa informasi

genetik DNA dari nukleus menuju ribosom

pada saat sintesis protein adalah . . . .

a. RNA r

b. RNA t

c. RNA r dan RNA t

d. RNA d

e. RNA m dan RNA t

15. Berikut ini pernyataan yang benar tentang

replikasi DNA adalah . . . .

a. dihasilkan 1 rantai tunggal RNA dan

satu rantai ganda DNA

b. dihasilkan satu rantai tunggal RNA

c. DNA polimerase membentuk pasa ngan

DNA yang bersifat kontinyu, disebut

leading strand

d. DNA polimerase membentuk pasan-

gan DNA yang bersifat kontinyu, dise-

but

lagging strand

e. Enzim ligase berfungsi untuk membu-

ka ikatan ganda DNA

16. Jika urutan basa nitrogen pada salah satu ran-

tai DNA adalah ATTGSAGTGSSGTAA,

maka rantai baru DNA hasil replikasinya

mempunyai urutan basa . . . .

Biologi Kelas XII

a. TAASSTSASGGSATT

b. GSSATGASATTASGG

c. TAASGTSASGGSATT

d. UAASGUSASGGSAUU

e. TAASGUASATTASGG

17. DNA template mempunyai urutan basa

nukleotida ATTAAAGSSSGA, maka RNA

m hasil transkripsi mempunyai urutan basa

. . . .

a. TAATTTSGGGST

b. GSSUUUATTTAG

c. UGGTTTTAAATS

d. UAAUUUSGGGSU

e. USGTAATTTSGG

18. Jika diketahui, kodon- kodon dan asam

amino yang akan disandikan adalah seb-

agai berikut:

CUA : leusin

UCU dan UCG : serin

AUU : isoleusin

UUU : fenilalanin

Maka asam amino yang akan dibentuk

pada proses translasi dari urutan basa

AAAAGAAGCGAU adalah . . . .

a. serin, serin, leusin, fenilalanin

b. fenilalanin, leusin, serin, serin

c. fenilalanin, serin, serin, leusi

d. isoleusin, fenilalanin, fenilalanin, le-

usin

e. isoleusin, isoleusin, fenilalanin, leusin

19. Tempat terjadinya proses translasi dalam

sintesisi protein adalah . . . .

a. ribosom

b. sitoplasma

c. nukleus

d. mitokondria

e. badan golgi

20. Cara replikasi DNA dimana rantai ganda

DNA induk memisah kemudian masing-

masing rantai tunggal membentuk salinan

rantai DNA yang baru, disebut . . . .

a. dispersif

b. dispersif dan konservatif

c. konservatif

d. konservatif dan semi konservatif

e. semi konservatif

B Kerjakan soal-soal berikut dengan benar.

Apa yang dimaksud dengan:

a gen

b. alel

c. genom

d. lokus gen

e. haploid

f. diploid

2. Apa yang dimaksud dengan:

leading strand

lagging strand

c. fragmen Okazaki

3. Jelaskan peranan enzim helikase dan enzim

ligase pada replikasi DNA.

4. Jelaskan tahapan inisiasi pada translasi pro-

tein?

5. Sebutkan dan jelaskan 3 hipotesis cara rep-

likasi.

6. Jelaskan tentang tahapan elongasi pada saat

translasi?

7. Sebutkan dan jelaskan peranan dari macam-

macam RNA.

8. Gambarkan secara skematis cara replikasi

DNA semi konservatif.

9. Sebutkan kodon yang berfungsi sebagai

start kodon dan stop kodon.

10. Apa yang dimaksud dengan unit transkrip-

si dan kompleks inisiasi? Jelaskan.