Biologi · Bab III Substansi Genetik

Langkah Sembiring

22/08/2021 09:40:54

SMA 12 K-13

Daftar Isi

Bab I Pertumbuhan dan Perkembangan Bab II Metabolisme Bab III Substansi Genetik Bab IV Pembelahan Sel Bab V Hukum Hereditas Bab VI Mutasi Bab VII Teori Evolusi Bab VIII Bioteknologi

Halaman

Biologi Kelas XII

Substansi Genetik

Bab III

Substansi Genetik

Mampu menjelaskan struktur dan hubungan antara DNA,

gen serta kromosom sebagai substansi genetik.

DNA

Kromosom

Struktur:

1. Membentuk

rantai tunggal

2. Mengandung

pirimidin =

sitosin dan

urasil; purin =

adenin dan

guanin

3. Komponen gu-

lanya = ribosa

Tersusun atas:

1. Asam nukleat

(DNA dan RNA)

2. Protein (histon/

protamin)

Terdiri atas:

1. Kromonema

2. Kromomer

3. Sentromer

4. Lekukan

kedua

5. Telomer

6. Satelit

RNA

Gen

Struktur:

1. Membentuk

rantai ganda

2. Mengandung

pirimidin =

sitosin dan timin;

purin = adenin

dan guanin

3. Komponen

gulanya =

deoksiribosa

Substansi Genetik

DNA

RNA

nukleus

replikasi

transkripsi

kodon

sintesis protein

gen

kromosom

double helix

Hampir semua produk perdagangan disertai

barcode

(kode

garis), untuk menyampaikan informasi tentang harga, nama produk,

hingga jumlah stok.

Tahukah Anda bahwa manusia juga mempunyai ”

barcode

”?

Pada manusia

barcode

itu berupa profil DNA. Profil DNA dapat di-

peroleh melalui tes profil DNA. Tes ini dapat digunakan untuk

mengungkap suatu misteri misalnya peristiwa pembunuhan.

Jika di tempat kejadian perkara (TKP) ditemukan sel, seperti

sel darah, ahli forensik akan melakukan tes profil DNA. Hasil inilah

yang akan dicocokkan dengan tersangka. Jika barcode ini cocok

dengan milik tersangka, dia tidak bisa mengelak lagi. Apa sebenarnya

DNA itu? Mari kita pelajari. Setelah mempelajari bab ini Anda di-

harapkan dapat mengenal dan memahami subtansi genetik.

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Biologi Kelas XII

Komponen terkecil penyusun makhluk hidup disebut

sel

. Setiap

sel memiliki nukleus yang mengandung kromosom. Setiap makhluk

hidup memiliki jumlah kromosom tertentu. Dalam kromosom

ditemukan DNA yang berperan penting dalam menentukan sifat

genetik setiap individu. Sifat genetik itu dapat diwariskan kepada

generasi berikutnya. Oleh karena setiap individu memiliki DNA yang

khas, maka DNA dapat digunakan untuk identifikasi makhluk hidup.

Mengapa DNA sangat penting dalam

menentukan

sifat genetik

setiap individu? Hal ini akan kita bahas dalam bab berikut.

A. DNA(

Deoxyribonucleic Acid

) dan RNA

(

Ribonucleic Acid

)

Substansi dasar nukleus terdiri atas nukleoprotein yang dibangun

oleh seny

awa protein dan asam nukleat. Ada dua jenis asam nukleat

yang berkaitan

dengan hereditas, yaitu DNA dan RNA. Keduanya

bertanggung jawab terhadap sintesis protein serta mengontrol sifat-

sifat keturunan.

1. DNA (

Deoxyribonucleic Acid

= Asam Deoksiribo

Nukleat)

DNA memiliki beberapa fungsi di antaranya membawa

informasi genetik, membentuk RNA, dan mengontrol aktivitas

sel baik secara langsung maupun tidak langsung. DNA juga

berperan penting dalam proses sintesis protein.

a. Struktur DNA

Molekul DNA pertama kali diisolasi oleh

. Miescher

pada tahun 1869 dari sel spermatozoa. Ia tidak dapat

mengenali sifat zat kimia tersebut secara pasti, kemudian

menyebutnya sebagai

nuklein

. Nuklein ini berupa senyawa

kompleks yang mengandung unsur fosfor sangat tinggi.

Nuklein selanjutnya dikenal sebagai gabungan asam nukleat

dan protein sehingga sering disebut

nukleoprotein

. Dalam

kedua jenis asam nukleat ini (DNA dan RNA) terdapat dua

basa nitrogen yaitu

purin

dan

pirimidin

. Keduanya ditemukan

oleh

Fischer

pada tahun 1880. Pada penelitian selanjut-

nya,

Kossel

menemukan dua jenis pirimidin, yaitu

sitosin

dan

timin

serta dua jenis purin, yaitu

adenin

dan

guanin

Selain basa purin dan pirimidin, dalam asam nukleat

Levine

(1910) mengenali gula berkarbon lima, yaitu ribosa

dan deoksiribosa. Ia juga menyatakan adanya asam fosfat

dalam asam nukleat.

W.T. Atsbury merupakan

orang pertama yang

mengemukakan gagasan tentang struktur tiga dimensi DNA.

Ia menyimpulkan bahwa DNA sangat padat, polinukleotida

penyusunnya berupa timbunan nukleosida pipih yang teratur

tegak lurus terhadap sumbu memanjang. Apakah nukleotida

dan nukleosida itu? Uraian berikut akan membahas kedua

hal tersebut.

James Watson

dan

Francis Crick

(1953) mengemuka-

kan suatu model struktur DNA yaitu

double helix

(tangga berpilin).

Menurut mereka, DNA memiliki struktur sebagai berikut.

Bagaimana Mengekstrak DNA

dari Sayuran?

Sediakan sayuran (misalnya

brokoli) sekitar 100 mg, tambahkan

sendok teh garam dan 200 mL

air es. Blender dengan kecepatan

tinggi ±15 detik. Saring, kemudian

tambahkan ±30 mL larutan

detergen lalu dikocok. Diamkan

campuran tersebut ±5–10 menit.

Letakkan campuran itu dalam

tabung reaksi ±

tingginya.

Tambahkan sedikit jus nanas pada

setiap tabung dan kocok perlahan.

Miringkan tabung reaksi dan

tambahkan alkohol (70–95% ethyl

alkohol) melewati sisi tabung

sampai terbentuk lapisan di atas

campuran brokoli tersebut. DNA

brokoli akan naik

ke lapisan alkohol.

Pembuatan Foto DNA

Rosalind Franklin

(1920–1958)

bersama

Wilkins

merupakan tokoh

yang berhasil membuat foto DNA

melalui difraksi sinar-X, seperti

gambar berikut.

Foto tersebut mengilhami Watson

dan Crick untuk membuat model

struktur DNA berupa tangga terpilin

(

double helix

Sumber:

Biology, Raven & Johnson

Substansi Genetik

HO – P – OH

Fosfat

HO – C – H

|O OH

CH HC

|| | H

HC C

OH H

Deoksiribosa

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 3.1

Rumus bangun deoksiribosa dan fosfat

Gambar 3.4

Struktur DNA

Sitosin

Guanin

Adenin

Timin

Gula

deoksi-

ribosa

Fosfat

Ikatan hidrogen

Sumber:

New Understanding Biology for Advanced Level,

Glenn & Susan Toole

Satu nukleosida

Satu nukleotida

1) Gula dan fosfat sebagai rantai atau tangga utama.

2) Basa nitrogen sebagai anak tangga dengan pasangan

tetap, yaitu:

a) guanin dengan sitosin (dihubungkan oleh tiga atom H),

b) timin dan adenin (dihubungkan oleh dua atom H).

Berdasarkan hasil penelitian Watson dan Crick dapat

disimpulkan bahwa DNA terdiri atas gula pentosa

(deoksiribosa), fosfat (PO

–

), dan basa nitrogen yaitu purin

meliputi guanin (G) dan adenin (A) serta pirimidin yang

meliputi timin (T) dan sitosin (C = Cytosin). Rumus bangun

deoksiribosa dan fosfat dapat Anda lihat pada Gambar 3.1.

Sementara itu, rumus bangun purin dan pirimidin dapat Anda

amati pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3.

Rangkaian kimia antara deoksiribosa dengan purin dan

pirimidin disebut

nukleosida

(deoksiribonukleosida).

Nukleosida ters

ebut akan berikatan dengan fosfat membentuk

nukleotida

(deoksiribonukleotida). Gabungan dari nukleotida-

nukleotida akan membentuk suatu

DNA

. Jadi, molekul DNA

merupakan polimer panjang dari nukleotida yang dinamakan

polinukleotida

. Perhatikan Gambar 3.4 di samping.

C – H Adenin

H – C C

H – N C C – H Guanin

CC ––N

N |

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 3.2

Rumus bangun purin

NC–H

CC–H

Sitosin

Timin

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 3.3

Rumus bangun pirimidin

H – N C – CH

O = C C – H

Biologi Kelas XII

Replikasi DNA

berlangsung pada sel-sel

muda yaitu pada saat

interfase (mitosis). Mengenai

fase-fase mitosis dan

meiosis akan dipelajari

pada bab IV.

Bentuklah beberapa kelompok untuk membuat makalah dengan

tema yang berhubungan dengan temuan Watson dan Crick mengenai

struktur, sifat, dan fungsi DNA. Selain itu, setiap kelompok dapat

juga membuat makalah tentang cara DNA menyampaikan informasi

genetik kepada keturunan. Presentasikan makalah kelompok Anda

di kelas.

DNA dapat menentukan sifat genetik suatu individu

karena setiap makhluk hidup mempunyai urutan pasangan

basa yang spesifik dan berbeda dengan yang lain. Perbedaan

urutan pasangan basa antarindividu dapat dilihat pada saat

sequence

(proses pengurutan basa) dalam analisis DNA.

DNA dapat berfungsi sebagai heterokatalitik (mensintesis

molekul lain seperti RNA) dan otokatalitik (replikasi diri).

Berikut ini Anda akan mempelajari fungsi DNA sebagai

otokatalitik.

b. Replikasi DNA

Replikasi DNA akan menghasilkan DNA baru. Ada tiga

hipotesis yang menjelaskan terjadinya replikasi DNA.

Hipotesis pertama menyatakan bahwa bentuk

double helix

DNA yang lama tetap dan langsung menghasilkan

double

helix

yang baru disebut

konservatif

. Hipotesis kedua

menyatakan

double helix

akan terputus-putus, selanjutnya

segmen-segmen tersebut akan membentuk segmen-

segmen baru yang bergabung dengan segmen lama

membentuk DNA baru. Hipotesis ini disebut

dispersif

Hipotesis ketiga menyatakan dua pita spiral dari

double he-

lix

memisahkan diri dan setiap pita tunggal

mencetak pita

pasangannya disebut

semikonservatif

Lakukan kegiatan berikut agar Anda lebih mengenal

ketiga hipotesis yang menjelaskan terjadinya replikasi DNA.

Perhatikan skema replikasi DNA di bawah ini. Diskusikan dengan

teman-teman Anda dan tentukan hipotesis yang sesuai pada proses

replikasi tersebut.

. . .

Substansi Genetik

Teori replikasi DNA oleh Watson dan Crick me-

nyatakan bahwa proses replikasi terjadi secara

semikonservatif. Hipotesis ini mendapat dukungan kuat

dari

M.S. Meselson

dan

F.W. Stahl

. Mereka menggunakan

bakteri

Escherichia coli

sebagai organisme percobaan.

coli

dapat hidup pada garam anorganik jika dalam garam

tersebut terdapat sumber atom nitrogen untuk pembuatan

protein dan asam nukleat. Meselson

dan Stahl memakai ion

amonium (NH

) dalam penelitiannya. Meskipun isotop nitro-

gen yang paling lazim

N, tetapi mereka menggunakan ion

amonium yang mengandung isotop nitrogen yang lebih berat,

yaitu

N. Perhatikan Gambar 3.5.

Pertama-tama Meselson dan Stahl memelihara

E. coli

selama beberapa generasi dalam media yang mengandung

. Pada akhir periode ini, mereka menemukan DNA

sel lebih berat dari normal. Selanjutnya, mereka memindah-

kan sel-sel itu ke media yang mengandung ion amonium

normal (

) dan membiarkan sel tersebut hanya sekali

membelah diri. DNA pada generasi baru ini memiliki berat di

antara berat DNA normal dari DNA generasi sebelumnya.

Hal ini menggambarkan bahwa pengaruh dari atom nitro-

gen dalam DNA baru yaitu

N dan separuh

N. Namun,

apabila bakteri itu dibiarkan membelah diri lagi dalam ion

amonium normal (

) maka terbentuklah dua jenis DNA

dengan berat yang berbeda. Separuh dari DNA mempunyai

berat normal dan separuh DNA lainnya mempunyai berat di

tengah-tengah. Hal tersebut membuktikan bahwa molekul

DNA tidak mengalami pemecahan dan penyusunan kembali

di antara pembelahan sel-sel, tetapi tiap pita induk tidak

mengalami perubahan saat ia membentuk pita komplementer.

Berdasarkan uraian di atas maka hipotesis yang paling tepat

yaitu hipotesis semikonservatif.

Sumber:

Biology, Campbell

Gambar 3.5

Replikasi DNA menurut Meselson dan Stahl

Konservatif

Semikonservatif

Dispersif

Replikasi I

Replikasi II

Media kultur

bakteri (

Media kultur

bakteri (

Biologi Kelas XII

Gula

ribosa

Fosfat

Gambar 3.6

Struktur RNA

Sumber:

New Understanding Biology for Advanced

Level, Glenn & Susan Toole

Selain memerlukan deoksiribonukleotida, dalam proses

replikasi DNA juga memerlukan beberapa enzim berikut.

Helikase

, enzim ini berfungsi menghidrolisis rantai ganda

polinukleotida menjadi dua rantai tunggal polinukleotida.

Polimerase

, berfungsi merangkai rantai-rantai

mononukleotida membentuk DNA baru.

Ligase

, berfungsi menyambung nukleotida ulir tunggal

DNA yang baru terbentuk.

Fungsi DNA sebagai heterokatalitik yaitu mensintesis

molekul lain seperti RNA. RNA merupakan hasil transkripsi

DNA. Sel prokariotik dan eukariotik mengandung asam inti

yang disebut asam ribonukleat (RNA).

2. RNA (

Ribonucleic Acid

= Asam Ribonukleat)

RNA tersusun seperti DNA, yaitu molekul-molekul gula D-ribosa,

gugus fosfat, tetapi basa nitrogennya terdiri atas basa purin

(meliputi adenin (A) dan guanin (G)) serta pirimidin (meliputi urasil

(U) dan sitosin (C)). Perhatikan Gambar 3.6.

a. Struktur RNA

Berbeda dengan DNA yang memiliki rantai ganda, RNA

hanya memiliki rantai tunggal. Setiap pita RNA merupakan

polinukleotida dari RNA.

b. Tipe-Tipe RNA

Berbeda halnya dengan DNA yang terletak dalam

nukleus, RNA banyak terdapat dalam sitoplasma terutama

ribosom walaupun ada pula beberapa d

i antaranya dalam

nukleus. Dalam sitoplasma, kadar RNA berubah-ubah. Hal

ini dipengaruhi oleh aktivitas sintetis protein. Ketika suatu pro-

tein akan disintetis, kandungan RNA dalam sel meningkat

begitu pula sebaliknya. RNA memiliki komponen gula berupa

D-ribosa (pentosa). RNA juga memiliki basa nitrogen yang

serupa dengan DNA, hanya saja basa timin pada pirimidin

diganti dengan urasil.

RNA mempunyai tiga tipe berikut.

rRNA (ribosom RNA)

rRNA yaitu RNA yang terdapat dalam sitoplasma

tepatnya di ribosom dan berfungsi mengatur dalam

proses sintesis protein. rRNA dapat mencapai 80% dari

jumlah RNA sel. Molekul rRNA berupa pita tunggal tidak

bercabang dan fleksibel.

mRNA (messenger RNA)

mRNA dibentuk dalam nukleus, merupakan RNA

terbesar dan terpanjang. mRNA berfungsi membawa

kode genetik dari DNA ke ribosom. mRNA sering disebut

kodon

karena urutan basa N penyusunnya merupakan

kode genetik untuk sintesis protein. mRNA dicetak oleh

DNA dalam inti, kemudian dikirim ke ribosom. Sintesis

mRNA dicetak oleh DNA saat diperlukan saja dan tidak

terus-menerus dicetak melainkan tergantung pada

macam protein yang akan disintesis dalam sitoplasma.

Substansi Genetik

tRNA (transfer RNA)

tRNA

erupakan RNA yang terdapat dalam sitoplasma

dengan rantai terpendek yang bertugas menerjemahkan

kodon dari mRNA.

rRNA berfungsi mengangkut asam

amino ke tempat sintesis protein, yaitu ribosom melalui

penerjemahan kode-kode yang dibawa mRNA.

DNA dan RNA memiliki komponen yang hampir sama

tetapi keduanya memiliki perbedaan struktur, fungsi, dan

beberapa materi penyusun. Perhatikan tabel berikut.

Anda telah mengetahui struktur DNA dan RNA. Pada

halaman depan telah disebutkan bahwa kedua asam

nukleat tersebut bertanggung jawab terhadap proses

sintesis protein.

3. 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

. 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.

DNA

RNA

HOCH

HH HH

HOCH

HH HH

OH OH

Gula

deoksiribosa

Basa N

Gula ribosa

Basa N

Tabel 3.1

Perbandingan Struktur, Fungsi, dan Materi Penyusun DNA dan RNA

1. Ditemukan dalam nukleus yaitu dalam

kromosom, mitokondria, dan kloroplas.

2. Berupa rantai panjang dan ganda (

double helix

3. Fungsinya berhubungan erat dengan penurunan

sifat dan sintesis protein.

4. Kadarnya tidak dipengaruhi oleh aktivitas

sintesis protein.

5. Basa nitrogen terdiri atas purin:

adenin

(A) dan

guanin

(G), pirimidin:

timin

(T) dan

sitosin

(C).

6. Komponen gulanya

deoksiribosa

, yaitu ribosa

yang kehilangan satu

atom oksigen pada atom

C nomor 2.

1. Ditemukan dalam sitoplasma, terutama dalam

ribosom, dan juga dalam nukleus.

2. Berupa rantai pendek dan tunggal.

3. Fungsinya berhubungan erat dengan sintesis

protein.

4. Kadarnya dipengaruhi oleh aktivitas sintesis pro-

tein.

5. Basa nitrogen terdiri atas purin:

adenin

(A) dan

guanin

(G), pirimidin:

urasil

(U) dan

sitosin

(C).

6. Komponen gulanya

D-ribosa

(pentosa).

Aturan pencetakan RNA

oleh DNA sebagai berikut.

1) Gula berupa pen-

tosa (ribosa).

2) Basa N:

DNA RNA

Adenin Urasil

Timin Adenin

Guanin Sitosin

Sitosin Guanin

Biologi Kelas XII

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 selanjut-

nya, begitu terus-menerus 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 dibawa mRNA

sehingga terbentuklah protein. Protein tersebut merupakan enzim

yang berfungsi mengatur metabolisme sel.

Langkah-langkah

dalam sintesis protein dapat Anda lihat pada Gambar 3.7.

Anda telah mempelajari tugas tRNA yang membawa asam

amino sebagai bahan untuk menyusun protein. Bagaimanakah

cara tRNA menerjemahkan kode-kode perintah dari DNA itu?

4. Kode Genetik

Anda telah mengetahui bahwa dalam DNA terdapat empat

basa nitrogen meliputi adenin (A), timin (T), sitosin (C), dan guanin

(G). Anda juga telah mengetahui RNA mengandung 4 basa nitro-

gen tersebut, tetapi urasil (U) menggantikan timin (T).

Nirenberg

dan

Matthaei

(1960) mengadakan percobaan

untuk memecahkan masalah kode genetik dengan mencampurkan

urasil dengan enzim pembentuk RNA. Dari percampuran ini

dihasilkan RNA yang hanya terdiri atas urasil dan dinamakan poli-

Urasil (poli-U). Apabila poli-U dimasukkan ke dalam campuran

berbagai asam amino, akan terbentuk rangkaian fenilalanin, yaitu

protein yang terdiri atas satu macam asam amino. Hal ini

merupakan cara manusia pertama k

ali mampu memecahkan

peristiwa kehidupan melalui tabung reaksi

kimia. Sampai saat ini

pun manusia terus melakukan penelitian untuk mengetahui

proses-proses yang terjadi dalam sel makhluk hidup. Rumitnya

susunan tubuh makhluk hidup menunjukkan betapa pandainya

sang Pencipta. Kita hendaknya bersyukur kepada Tuhan karena

diberi akal sehingga mampu mengungkap rahasia kehidupan.

Rantai

sense

Rantai

antisense

T A C G C T C G A C T A

mRNA

A U G C G A G C U G A U

DNA

RNA

Kromosom

mRNA

Selubung nukleus

Porus

Membran plasma

Sumber:

Biology, Raven

Gambar 3.7

Skema sintesis protein

DNA

Transkripsi

Translasi

Protein

Substansi Genetik

Kode genetik berlaku universal, artinya kode yang sama

berlaku untuk semua organisme. Bila terjadi kesalahan pe-

nerjemahan, protein yang disusun juga keliru sehingga enzim

yang dihasilkan tidak sesuai. Hal ini akan mengakibatkan

terjadinya gangguan metabolisme. Kekeliruan tRNA menafsirkan

kode-kode genetik yang diterima dari DNA juga merupakan salah

satu mekanisme mutasi gen.

Kode genetik yang dipakai saat ini yaitu kode yang tersusun

oleh 3 basa N yang disebut

kodon triplet

. Kodon triplet ini

merupakan bagian 3 basa N yang terdapat pada mRNA. Apabila

suatu urutan tiga basa memberikan kode untuk satu asam amino,

akan terjadi 4

= 64 kemungkinan kombinasi dari basa sehingga

dapat memperinci 64 macam kode genetika. Asam amino yang

dikenal sampai saat ini sebanyak 20 macam. Adanya 64 macam

kodon dan 20 macam asam amino menyebabkan satu asam

amino dapat memiliki lebih dari satu kodon. Kodon yang sesuai

untuk setiap asam amino dapat dilihat dalam tabel berikut.

Keterangan:

= Urasil

= Guanin

Ala = Alanin

Cys = Cystein

His = Histidin

Lys = Lysin

Pro = Prolin

Tryp = Tryptofan

= Sitosin

Term = Kodon terminasi

Arg = Arginin

GluN = Glutamin

Ileu = Isoleusin

Met = Methionin

kodon start

Ser = Serin

Tyr = Tyrosin

= Adenin

AspN = Aspargin

Gly = Glycine

Leu = Leusin

Phe = Phenylalanin

Thr = Threonin

Val = Valin

Glu = Glutamat acid

Tabel 3.2

Kodon Beberapa Asam Amino

Basa

Basa Kedua

Basa

Pertama

UC A G

Ketiga

UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys

UUC Phe UCC Ser UAC Tyr UGC Cys

UUA Leu UCA Ser UAA Term UGA Term

UUG Leu UCG Ser UAG Term UGG Tryp

CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg

CUC Leu CCC Pro CAC His CGC Arg

CUA Leu CCA Pro CAA GluN CGA Arg

CUG Leu CCG Pro CAG GluN CGG Arg

AUU Ileu ACU Thr AAU AspN AGU Ser

AUC Ileu ACC Thr AAC AspN AGC Ser

AUA Ileu ACA Thr AAA Lys AGA Arg

AUG Met ACG Thr AAG Lys AGG Arg

Start

GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly

GUC Val GCC Ala GAC Asp GGC Gly

GUA Val GCA Ala GAA Glu GGA Gly

GUG Val GCG Ala GAG Glu GGG Gly

Biologi Kelas XII

Jawablah soal-soal berikut.

1. Apakah hubungan antara DNA dengan RNA?

2. Apakah perbedaan struktur antara DNA

dengan RNA?

3. Apa yang akan terjadi bila terdapat kekeliruan

penerjemahan basa-basa nitrogen pada

peristiwa translasi?

4. Bagaimana protein dapat terjadi?

5. Bagaimana percobaan Meselson dan Stahl

mengenai replikasi DNA dapat dikatakan

mendukung hipotesis Watson dan Crick?

B. Gen dan Kromosom

Anda tentu sering mendengar bahwa sel berperan dalam

pewarisan sifat makhluk hidup. Pengendali faktor keturunan pada

makhluk hidup disebut

gen

dan terdapat pada kromosom yang

berada di dalam nukleus. Dari uraian sebelumnya, Anda sudah

mengetahui bahwa komponen asam nukleat yaitu

DNA

dan

RNA

memiliki peranan besar dalam pembentukan pola heriditas. Apa yang

membedakan DNA dengan gen?

Sebelum kita menjelaskan hubungan gen dengan kromosom,

diskusikan gambar berikut.

Cermati gambar di atas. Selanjutnya diskusikan bersama

kelompok Anda mengenai hubungan antara DNA, gen, dan

kromosom. Presentasikan hasil diskusi di depan kelas.

Kromosom

Kromatin

DNA

Histon

Nukleosom

DNA

double helix

DNA

Gulungan kromosom

Substansi Genetik

1. Gen

Terdapat sejumlah kromosom di dalam nukleus. Menurut

Suryo

(1997) kromosom tersusun atas nukleoprotein, yaitu

persenyawaan antara asam nukleat dan protein seperti histon

atau protamin. Namun, yang membawa keterangan genetik

hanyalah asam nukleat saja. Asam nukleat itu meliputi DNA dan

RNA. Anda telah mengetahui struktur dan fungsi DNA dari

subbab sebelumnya. Bagian dari rantai DNA yang dapat

mengkode suatu polipeptida melalui proses transkripsi dan

translasi disebut

gen

. Setiap gen dalam kromosom dimulai dari

kodon AUG (

start

) disebut pula sebagai

kodon permulaan

karena memulai sintesis polipeptida. Kodon UGA, UAG, dan UAA

disebut

kodon tak bermakna

(

stop

= tanda akhir dari suatu

protein) karena kodon-kodon ini tidak mengkode asam amino.

Setiap gen terletak pada suatu lokus. Menurut

Morgan

, gen

memenuhi lokus suatu kromosom sebagai zarah kompak yang

mengandung satuan informasi genetik dan mengatur sifat-sifat

menurun tertentu. Pada kenyataannya, batas-batas lokus satu

sama lain tidak seperti kotak dan gen itu sendiri masing-masing

tidak kompak seperti butir-butir kelereng.

G.W. Beadle

dan

E.L. Tatum

menyatakan bahwa setiap gen

pada organisme mengendalikan produksi suatu enzim khusus.

Enzim-enzim itu akan melakukan semua kegiatan metabolisme

organisme tersebut sehingga mengakibatkan perkembangan

suatu struktur dan fisiologi yang khas, yaitu fenotipe organisme

tersebut.

2. Kromosom

Kromosom terdapat di dalam nukleus berupa benda-benda

halus berbentuk lurus atau bengkok lihat Gambar 3.9. Nama

kromosom pertama kali diberikan oleh

Waldeyer

(1888) berasal

dari kata

khroma

artinya warna dan

soma

artinya tubuh. Jadi,

kromosom dapat diartikan sebagai badan yang mudah menyerap

zat warna. Bahan yang menyusun kromosom yaitu

kromatin

sehingga sering disebut

benang kromatin

Kromosom merupakan badan berbentuk batang atau

bengkok, mulai tampak pada saat sel akan membelah dan

selama proses pembelahan. Kromosom tampak jelas pada fase

pembelahan metafase karena kromosom berjajar di bidang

ekuator. Ukuran kromosom dalam sebuah sel tidak pernah sama.

Panjangnya 0,2–50 μ dan diameternya 0,2–20 μ.

Perhatikan Gambar 3.10. Secara umum, sebuah kromosom

terdiri atas bagian-bagian kromonema, kromomer, sentromer,

lekukan kedua, telomer, dan satelit. Perhatikan struktur

kromosom berikut.

Kromonema

berupa pita spiral yang terdapat penebalan.

Kromomer

merupakan penebalan-penebalan pada

kromonema. Di dalam kromomer terdapat protein yang

mengandung molekul DNA. Beberapa DNA bergabung

membentuk gen yang berfungsi sebagai pembawa bagian

sifat keturunan dan menempati suatu bagian yang disebut

sebagai

lokus gen

Sumber:

Genetika Manusia, Suryo

Gambar 3.9

Kromosom dan bagian-bagiannya

Sumber:

Biology, Raven & Johnson

Gambar 3.8

Fotograf kromosom manusia (950×)

Lekukan kedua

Satelit

Sentromer

Kromonema

Telomer

Biologi Kelas XII

Sentromer

merupakan bagian kromosom yang menyempit

dan tampak lebih terang. Bagian ini tidak mengandung gen

dan merupakan tempat melekatnya benang spindel.

Lekukan kedua

berperan dalam pembentukan nukleolus

(anak inti sel).

Telomer

merupakan bagian ujung-ujung kromosom yang

menghalang-halangi bersambungnya ujung kromosom yang

satu dengan kromosom yang lain.

Satelit

yaitu suatu tambahan atau tonjolan yang terdapat

pada ujung kromosom. Tidak semua kromosom mempunyai

satelit.

Berdasarkan jumlah sentromernya, terdapat tiga jenis

kromosom berikut.

Monosentris

, kromosom yang hanya memiliki sebuah

sentromer.

Disentris

, kromosom yang memiliki dua sentromer.

Polisentris

, kromosom yang memiliki banyak sentromer.

Berdasarkan letak sentromernya, kromosom dibedakan

menjadi empat macam, yaitu

metasentris, submetasentris,

akrosentris,

dan

telosentris.

Metasentris

, sentromer terletak di tengah-tengah kromosom

sehingga kromosom berbentuk seperti huruf V.

Submetasentris

, sentromer terletak submedian atau kira-

kira ke arah salah satu ujung kromosom. Bentuk kromosom

seperti huruf J.

Akrosentris

, sentromer terletak pada subterminal atau

di dekat ujung kromosom. Satu lengan kromosom sangat

pendek dan satu lengan lainnya sangat panjang. Bentuk

kromosom lurus atau seperti batang.

Telosentris

, sentromer terletak pada ujung kromosom.

Kromosom hanya memiliki satu lengan saja.

Keempat jenis kromosom tersebut dapat Anda amati

pada Gambar 3.10.

Berdasarkan bentuknya, kromosom digolongkan

menjadi enam macam, yaitu:

a. bentuk bulat,

d. bentuk batang,

b. bentuk cerutu,

e. bentuk huruf V, dan

c. bentuk koma,

f. bentuk huruf L.

Bentuk-bentuk kromosom dapat Anda cermati pada

Gambar 3.11.

Pada setiap sel tubuh, kromosom selalu dalam keadaan

berpasangan. Kromosom yang berpasangan mempunyai

bentuk, ukuran, dan komposisi sama atau hampir sama

Metasentris Submetasentris

Sentromer

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 3.10

Jenis kromosom

Akrosentris Telosentris

Sentromer

Sumber:

Dokumentasi Penerbit

Gambar 3.11

Bentuk kromosom

Substansi Genetik

Sumber:

New Understanding Biology for Advanced Level,

Glenn and Susan Toole

Gambar 3.13

Kariogram laki-laki

Sumber:

New Understanding Biology for Advanced Level,

Glenn and Susan Toole

Gambar 3.14

Kariogram wanita

disebut

kromosom

homolog

lihat Gambar 3.12. Pada setiap

sel tubuh lalat buah terdapat 8 buah kromosom berarti

terdapat 4 pasang kromosom homolog. Pada sel tubuh

manusia terdapat 46 buah kromosom berarti terdapat 23

pasang kromosom homolog.

Pengaturan kromosom secara standar berdasarkan

panjang, jumlah, serta bentuk kromosom sel somatis disebut

kariotipe

. Sementara itu, hasil dari pengaturan kromosom

disebut

kariogram

. Kariogram kromosom manusia dapat

dilihat pada Gambar 3.13 dan Gambar 3.14.

Jumlah macam kromosom disebut

ploid

atau

set

perangkat

atau

genom

. Dalam sel tubuh setiap kromosom

terdapat berpasangan, berarti terdiri 2 set sehingga disebut

diploid

(2n). Sebaliknya, pada sel gamet satu sel kelamin

memiliki kromosom tidak berpasangan, berarti terdapat satu

set kromosom sehingga disebut

haploid

Kadang-kadang ditemukan individu yang memiliki

kromosom lebih dari normal (2n). Misalnya, terjadinya sel

kanker karena jumlah kromosomnya melebihi dari jumlah

normal (2n). Apabila jumlah kromosomnya 3 set disebut

triploid

(3n). Sementara itu, apabila jumlah kromosomnya

4 set disebut

tetraploid

(4n). Apabila jumlah kromosomnya

lebih dari 4 set disebut

poliploid

. Mengapa individu normal

(2n) dapat menjadi triploid (3n), tetraploid (4n) atau poliploid?

Pada dasarnya kromosom semua organisme mem-

punyai dua tipe, yaitu autosom dan kromosom kelamin (seks

kromosom = gonosom).

Autosom

merupakan kromosom yang tidak mempunyai

hubungan dengan penentuan jenis kelamin.

Kromosom kelamin

atau

seks kromosom

merupakan

sepasang kromosom yang menentukan jenis kelamin.

Ada dua macam seks kromosom, yaitu kromosom-X dan

kromosom-Y.

Inti sel lalat buah mengandung 8 buah kromosom, terdiri

6 buah (3 pasang) autosom dan 2 buah (1 pasang) gonosom.

Formula kromosom sel tubuh lalat buah jantan yaitu 3 AA +

XY (6 A + XY), sedangkan formula kromosom sel tubuh lalat

buah betina yaitu 3 AA + XX (6 A + XX).

Inti sel tubuh manusia mengandung 46 buah kromosom,

terdiri atas 44 (22 pasang) autosom dan 2 (1 pasang) kromosom

kelamin. Seorang perempuan memiliki 22 pasang autosom

Sumber:

Genetika Manusia, Suryo

Gambar 3.12

Bentuk kromosom

Drosophila melanogaster

Lalat buah jantan

Lalat buah betina

III

1 2 3 4 5

6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17 18

19 20 21 22 X Y

1 2 3 4 5

6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17 18

19 20 21 22 X X

III

Biologi Kelas XII

Gambar di atas merupakan gambar kromosom manusia yang

belum tersusun. Susunlah kromosom-kromosom tersebut sehingga

membentuk suatu kariotipe (bila perlu, perbesarlah ukuran gambar

tersebut). Tentukanlah jenis kelamin orang tersebut.

dan 1 pasang kromosom-X sehingga formula kromosom

untuk perempuan yaitu 22AA + XX atau ditulis 44A + XX

atau 44,XX. Seorang laki-laki memiliki 22 pasang autosom

+ 1 kromosom-X + 1 kromosom-Y sehingga formula

kromosom untuk orang laki-laki yaitu 22AA + XY atau ditulis

44A + XY atau 44,XY.

Jawablah soal-soal berikut.

1. Bagaimanakah hubungan antara DNA, gen,

dan kromosom dilihat dari letaknya?

2. Gambarkan struktur kromosom dan berilah

keterangannya.

3. Gambarkan bentuk kromosom berdasarkan

letak sentromernya (metasentris, sub-

metasentris, akrosentris, dan telosentris).

4. Apa yang dimaksud kariotipe?

5. Sebutkan jenis kromosom berdasarkan jumlah

sentromernya. Jelaskan cirinya.

1. DNA dan RNA terdiri atas, gula fosfat dan

basa. DNA memiliki gula berupa deoksiribosa

sedangkan komponen gula pada RNA berupa

D-ribosa (pentosa). Basa nitrogen pada DNA

yaitu adenin (A), guanin (G), timin (T), dan

sitosin (C). RNA juga memiliki komponen basa

yang sama kecuali Timin diganti dengan

UrasiI(U).

2. DNA berada dalam nukleus yang kadarnya

tidak dipengaruhi oleh aktivitas sintesis protein.

RNA juga ditemuk

an dalam nukleus, tetapi lebih

banyak ditemukan dalam sitoplasma dan kadar-

nya dipengaruhi oleh aktivitas sintesis protein.

3. RNA sangat menentukan dalam sintesis protein,

karena dapat membentuk mRNA, rRNA dan tRNA

sehingga dapat melakukan proses transkripsi dan

translasi pada waktu sintesis protein.

Substansi Genetik

4. DNA, gen dan kromosom memiliki hubungan

yang erat. Hal ini karena bagian rantai DNA

yang dapat mengkode suatu polipeptida

melalui proses transkripsi dan translasi disebut

gen

. Sementara itu, rangkaian DNA membentuk

kromosom. Kromosom memiliki bentuk dan

struktur yang berbeda-beda. Setiap jenis

organisme memiliki jumah kromosom yang

berbeda-beda.

Dari diagram sintesis protein di atas, yang

berlabel X merupakan . . . .

a. RNA

d. tRNA

b. mRNA

e. DNA

c. rRNA

6. Rantai RNA yang ”mencetak” mRNA disebut

rantai . . . .

a. polimerase

d. peptida

b. antisense

e. polipeptida

c. sense

7. Kodon yang diperlukan untuk mengakhiri

sintesis polipeptida yaitu . . . .

a. AUG

d. SGA

b. UAG

e. AAU

c. USG

Berdasarkan gambar nukleotida, komponen

penyusun nukleotida nomor 1, 2, dan 3 secara

berurutan merupakan . . . .

a. gula, basa, dan fosfat

b. basa, gula, dan fosfat

c. basa, fosfat, dan gula

d. fosfat, basa, dan gula

e. gula, fosfat, dan basa

9. Poli-U yang dimasukkan ke dalam campuran

berbagai asam amino akan terbentuk

rangkaian . . . .

a. prolin

d. lisin

b. tirosin

e. fenilalanin

c. glisin

⎯→

⎯⎯⎯⎯

⎯

Pilihlah salah satu jawaban yang tepat.

1. Pada struktur ”double helix” DNA, kedua basa N

berpasangan dengan ikatan . . . .

a. nitrogen

b. hidrogen

c. fosfat

d. kromosom

e. gen

2. Pasangan basa N adenin pada mRNA yaitu

. . . .

a. urasil (U)

b. guanin (G)

c. adenin (A)

d. sitosin (S)

e. timin (T)

3. Hampir semua sel pada suatu hewan me-

ngandung gen-gen yang sama. Sel-sel ter-

sebut mempunyai struktur dan fungsi yang

berbeda karena perbedaan dari sintesis

molekul . . . .

a. tRNA

d. ribosom

b. mRNA

e. rRNA

c. histon

4. Secara garis besar langkah pencetakan

protein terjadi melalui 2 tahap yaitu . . . .

a. replikasi dan sintesis

b. translasi dan replikasi

c. transkripsi dan translasi

d. sintesis dan replikasi

e. sintesis dan translasi

Transkripsi

DNA

⎯⎯⎯⎯→

mRNA

menempel pada ribosom

mRNA +

Ribosom

Polipeptida

Translasi

tRNA Asam Amino

Biologi Kelas XII

10. Tiga basa yang mensintesis suatu asam

amino pada mRNA disebut . . . .

a. singlet

d. kodon

b. dublet

e. redudant

c. triplet

Bacalah pernyataan di bawah ini untuk menjawab

soal nomor 11 dan 12.

Di bawah ini beberapa fungsi DNA.

1) Membawa informasi genetik.

2) Mengontrol aktivitas sel.

3) Berperan dalam pembentuk RNA.

4) Berperan dalam proses sintesis protein.

5) Melakukan replikasi membentuk DNA baru.

11. DNA yang berfungsi sebagai heterokatalitik

terdapat pada . . . .

a. 1)

d. 4)

b. 2)

e. 5)

c. 3)

12. Fungsi DNA yang berkaitan dengan

penentuan pola hereditas terdapat pada

pernyataan . . . .

a. 1)

d. 4)

b. 2)

e. 5)

c. 3)

13. DNA dapat menduplikasi diri melalui proses

replikasi sehingga DNA berfungsi sebagai . . . .

a. heterokatalitik

b. otokatalitik

c. pengontrol aktivitas pembelahan sel

d. pembentuk protein

e. pengendali metabolisme sel

14. Perhatikan gambar di

samping. Replikasi ter-

sebut sesuai dengan

hipotesis . . . .

a. konservatif

b. dispersif

c. semikonservatif

d. semidispersif

e. dispersif-konservatif

15. Perhatikan proses transkripsi DNA berikut.

Proses tersebut terjadi dengan bantuan enzim

. . . .

a. polimerase

d. helikase

b. ligase

e. nuklease

c. nukleotidase

Bacalah pernyataan-pernyataan berikut untuk

mengerjakan soal nomor 16 dan 17.

1) Hanya ditemukan dalam nukleus, yaitu dalam

kromosom, mitokondria, dan kloroplas.

2) Berupa rantai pendek dan tunggal.

3) Terdapat dalam sitoplasma, terutama dalam

ribosom dan nukleus.

4) Rantai panjang dan ganda.

5) Kadarnya tidak dipengaruhi sintesis protein.

6) Kadarnya dipengaruhi sintesis protein.

16. Ciri-ciri DNA terdapat pada nomor . . . .

a. 1), 2), dan 3) d. 2), 3), dan 6)

b. 1), 2), dan 4) e. 3), 5), dan 6)

c. 1), 4), dan 5)

17. Ciri-ciri RNA terdapat pada nomor . . . .

a. 1), 2), dan 3) d. 2), 3), dan 6)

b. 1), 2), dan 4) e. 3), 5), dan 6)

c. 1), 4), dan 5)

18.

Aku adalah bagian basa N pada tRNA yang

menerjemahkan kode yang dibawa mRNA.

Siapakah aku?

a. sense

d. antikodon

b. antisense

e. kodon

c. ribosomal RNA

19. Pernyataan yang sesuai

dengan bagian gambar

yang ditunjuk yaitu . . .

a. Telomer: meng-

halangi perlekatan

dengan kromosom

lain.

b. Satelit: pusat aktivitas kromosom.

c. Sentromer: tempat melekatnya spindel.

d. Kromonema: bagian kromosom yang

tidak mengandung DNA.

e. Kromomer: penebalan pada kromonema.

20. Perhatikan gambar

kromosom lalat buah di

samping. Formula

kromosom yang benar

sesuai gambar tersebut

yaitu . . . .

a. 3 A + X

d. 3 XY + AA

b. 3 AA + XX

e. 3 XX + A

c. 3 AA + XY

Rantai

sense

Rantai

antisense

T A C G C T C G A C T A

mRNA

A U G C G A G C A G A U

III

Substansi Genetik

Jawablah soal-soal berikut.

1. Jelaskan beberapa pengertian berikut.

a. kodon

b. struktur ”double helix”

c. rantai sense

d. rantai antisense

2. Jelaskan perbedaan struktur kimia DNA

dengan RNA.

3. Sebutkan dan jelaskan 3 hipotesis tentang

replikasi DNA.

4. Jelaskan tahap-tahap sintesis protein.

5. Mengapa DNA memiliki kemam

puan melaku-

kan transkripsi membent

uk mRNA? Jelaskan.

Berpikir kritis.

Sekitar tahun 80-an, terjadi peristiwa pe-

rebutan bayi yang dikenal dengan ”Cipluk dan

Dewi”. Dua orang tua yang melahirkan di rumah

sakit dalam waktu yang bersamaan mengakui

bahwa Dewi anak mereka. Siapa sebenarnya

orang tua Dewi dan siapa orang tua Cipluk?

Sebenarnya kita dapat segera mengetahui

kepastian mengeni orang tua mereka yang

sebenarnya dengan kemajuan teknologi seperti

sekarang. Bagaimana caranya?

Substansi Genetika

Pelajari kembali

Jawaban betul

≥

60%

Jawaban betul

60%

Jawablah beberapa pertanyaan berikut.

1. Apakah DNA dan RNA?

2. Apa perbedaan antara DNA dan RNA itu?

3. Apa hubungan antara DNA, gen, dan kromosom?