BIOLOGI - Genetika
MODUL 1
BIOLOGI DAN REPRODUKSI SEL
BIOLOGI DAN REPRODUKSI SEL
Kegiatan Belajar 1
Struktur Sel
Makhluk hidup dicirikan oleh kemampuan bermetabolisme dan bereproduksi. Sel merupakan unit terkecil tempat berlangsungnya proses metabolisme dan reproduksi. Kedua proses ini dikendalikan oleh bahan genetik, yaitu DNA yang menyusun keseluruhan gen. Bahan genetic akan mengendalikan pembentukan enzim yang menjalankan metabolisme,dan mampu bereplikasi memperbanyak diri dalam proses reproduksi. Dari jenis selnya makhluk selular dibagi menjadi prokariot dan eukariot. Pada sel eukariot terdapat pembagian ruang menjadi inti dan sitoplasma; pada inti terdapat bahan genetik (kromosom), sedangkan pada sitoplasma terdapat organel-organel tempat berlangsungnya proses metabolisme. Sel prokariot tidak terdapat pembagian sel menjadi inti dan sitoplasma sehingga material genetik dapat langsung kontak dengan organel. Tubuh virus tidak memenuhi syarat untuk disebut sel, hanya terdiri dari bahan genetik yang dibungkus mantel. Oleh karena itu, virus tidak dapat melakukan metabolisme, kecuali kalau berada di dalam sel inang.
Kegiatan Belajar 2
Reproduksi Sel
Reproduksi Sel
Bakteri bereproduksi melalui pembelahan biner, satu sel membelah menjadi dua, yang dimulai dengan replikasi kromosom bersamaan dengan pembesaran sel yang diikuti dengan pembelahan sel. Virus akan bereproduksi di dalam sel inang melalui dua siklus, siklus litik dan siklus lisogenik. Pada siklus litik virus setelah menginfeksi inang langsung akan menggandakan bahan genetiknya yang kemudian disusul dengan pembentukan virus-virus utuh. Pada siklus lisogenik bahan genetik virus akan berintegrtasi dengan kromosom inang, dan ikut bereproduksi bersamaan reproduksi sel inang. Siklus reproduksi sel eukariot mempunyai tahapan G1? S? G2?M. Pada tahapan S dilakukan replikasi kromosom dan pada tahapan M terjadi pembelahan sel, yaitu melalui proses mitosis atau proses meiosis. Proses mitosis berlangsung terutama pada perbanyakan vegetatif, yaitu pembelahan sel untuk membentuk dua sel baru yang sama. Pada mitosis setiap kromosom akan membentuk kromatid bersaudara, yang selanjutnya kedua kromatid tersebut akan berpisah menjadi dua kromosom, yang kemudian masing-masing akan bermigrasi ke dua kutub yang berbeda dan akhirnya menjadi dua sel yang berbeda. Pada meiosis selain masing-masing kromosom membentuk dua kromatid juga terjadi perpasangan kromosom homolog. Pada meiosis I akan terjadi pemisahan kromosom homolog, kemudian pada meiosis II terjadi pemisahan kromatid bersaudara. Pada akhir meiosis akan terbentuk empat sel dengan jumlah kromosom separuh dari kromosom tetua, dan antarsel terdapat perbedaan genetik.
Kegiatan Belajar 3
Daur Hidup dan Penentuan Jenis Seks
Daur Hidup dan Penentuan Jenis Seks
Daur hidup eukariot dapat dipenuhi dengan reproduksi vegetatif (siklus aseksual) atau reproduksi generatif (siklus seksual). Pada reproduksi vegetatif tidak dilibatkan proses pembentukan gamet dan perkawinan, sedangkan pada reproduksi generatif terdapat proses pembentukan gamet dan perkawinan. Adanya pembentukan gamet dan perkawinan menyebabkan adanya fase haploid dan fase diploid dalam siklus hidup. Makhluk yang sebagian besar dari siklus hidupnya berada pada fase haploid disebut haplobion, sedangkan yang fase diploidnya yang lebih panjang disebut diplobion. Cendawan merupakan makhluk haplobion, sedangkan tumbuhan dan hewan merupakan diplobion. Khamir merupakan cendawan uniselular, dapat berkembang secara aseksual maupun seksual. Dua sel dengan tipe perjodohan yang berbeda dapat melakukan perkawinan membentuk sel diploid, selanjutnya bermeiosis membentuk sel haploid yang selanjutnya dapat berkembang menjadi cendawan baru. Sel diploid juga dapat bertahan, berkembang secara vegetatif menghasilkan cendawan diploid. Neurospora crassa merupakan cendawan multiselular, mempunyai siklus seksual dan siklus aseksual. Pada siklus aseksual konidium akan berkecambah membentuk hifa, yang kemudian dapat berkembang menghasilkan konidium. Konidium ini juga dapat digunakan sebagai sarana untuk perkawinan. Konidium apabila jatuh ke dalam askogonium dengan tipe perjodohan yang berbeda akan berkembang menjadi sel induk spora diploid. Melalui proses meiosis akan dihasilkan spora yang tersusun dan askus.
Askospora ini akan berkecambah menjadi individu baru. Tumbuhan dan hewan merupakan eukaroit multiselular diplobion. Tumbuhan dewasa diploid akan menghasilkan bunga yang mengandung anter dan putik.Pada anter terdapat sel induk mikrospora yang melalui proses meiosis akan menghasilkan polen haploid. Sedangkan pada putik terdapat sel induk megaspora, yang melalui proses meiosis akan dihasilkan sel telur haploid. Melalui proses perkawinan akan terjadi penggabungan inti polen dengan sel telur, menghasilkan zigot diploid. Zigot ini akan berkembang menjadi biji, yang selanjutnya akan berkembang menjadi individu dewasa.Hewan mempunyai siklus yang sama dengan tumbuhan, dengan keistimewaan bahwa sebagian terbesar hewan ada pemisahan seks menjadi individu jantan dan individu betina. Jenis seks organisme diatur dengan berbagai sistem. Pada bakteri jenis seks diatur dengan adanya plasmid F, yang membedakan bakteri menjadi F+ dan F-. Adanya pembedaan tersebut memungkinkan suatu bakteri melakukan konjugasi, setara dengan perkawinan.Pada cendawan dan tumbuhan jenis seks ditentukan oleh satu atau beberapa lokus (gen). Perbedaan alel pada lokus-lokus tersebut menyebabkan organisme menjadi jantan atau betina. Pada hewan jenis seks ditentukan oleh jenis kromosom seks. Komposisi kromosom seks tertentu menentukan jenis seks betina, sedangkan komposisi yang lain menjadi jantan. Pada lebah jenis seks ditentukan oleh perbedaan tingkat ploidi. Jantan berasal dari telur yang tidak dibuahi (haploid), dan betina berasal dari telur yang dibuahi (diploid). Pada ikan dan cacing laut tertentu jenis seks ditentukan oleh lingkungan, seperti hormon yang dikeluarkan induknya.
MODUL 2
HUKUM PEWARISAN MENURUT MENDEL
HUKUM PEWARISAN MENURUT MENDEL
Kegiatan Belajar 1
Hukum Segregasi
Hukum Segregasi
Sifat organisme dikendalikan oleh gen yang dapat diwariskan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Setiap sifat dikendalikan oleh sepasang alel yang terdapat pada satu lokus dari suatu kromosom. Antara dua alel pada satu lokus mungkin mempunyai hubungan dominan-resesif atau kodominan. Pada persilangan antara dua tetua homozigot yang berbeda akan diperoleh F1 yang bersifat heterozigot. Dalam kasus alel dominan-resesif, fenotipe F1 akan sama dengan fenotipe tetua dominan, tetapi dalam kasus alel kodominan genotipe F1 yang berbeda dari kedua genotipe tetuanya akan menghasilkan fenotipe yang berbeda pula. Persilangan sendiri antar F1 akan menghasilkan generasi F2. Pada percobaan monohibrid atau persilangan dengan pembeda satu sifat atau satu lokus, akan diperoleh nisbah genotipe AA : Aa : aa sama dengan 1:2:1, bila F1nya bergenotipe Aa atau tetua-tetua awalnya AA dan aa. Dalam kasus alel dominan-resesif dari nisbah genotipe tersebut akan dihasilkan nisbah fenotipe 3:1 untuk dominan (A-) : resesif (aa), sedangkan dalam kasus alel kodominan akan diperoleh tiga fenotipe yang mewakili fenotipe tetua-1 (homozigot), F1 (heterozigot), tetua-2 (homozigot) dengan nisbah sama dengan nisbah genotipe. Dari data F2 monohibrid, Mendel menyusun Hukum Segregasi yang bermakna bahwa pasangan alel yang bergabung melalui perkawinan akan bersegregasi dengan bebas dalam proses pembentukan gamet. Kebebasan ini ditunjukkan oleh nisbah yang sama antara gamet F1 beralel A dengan yang beralel a atau 1/2 A dan 1/2 a sehingga melalui proses penggabungan gamet secara acak dalam pembentukan populasi F2 akan diperoleh genotipe AA, Aa, dan aa dengan perbandingan AA, 1/2Aa, dan 1/4 aa.
Kegiatan Belajar 2
Hukum Perpaduan Bebas
Hukum Perpaduan Bebas
Berdasarkan data F2 dihibrid, Mendel menyusun Hukum Perpaduan Bebas yang berisi bahwa segregasi alel-alel pada suatu lokus, bebas dari pengaruh segregasi alel-alel lokus lainnya. Dari F1 bergenotipe AaBb dalam proses pembentukan gamet alel A dapat bebas berpadu dengan B atau b, juga a bebas memilih B atau b. Akibat perpaduan bebas ini maka setiap jenis gamet yang terbentuk, yaitu AB, Ab, aB, dan ab akan mempunyai frekuensi yang sama. Dalam kasus dihibrid akan mempunyai frekuensi masing-masing 0,25. Akibat perpaduan bebas dari alel-alel dalam pembentukan gamet, dan penggabungan bebas gametgamet dalam perkawinan maka dalam kasus alel dominan-resesif, F2 akan mempunyai fenotipe dengan perbandingan 9:3:3:1. Untuk membuktikan Hukum Perpaduan Bebas dilakukan uji silang dihibrid dengan menyilangkan F1 terhadap tetua resesif. Terbukti kebenaran Hukum ini dengan munculnya turunan uji silang dengan perbandingan 1:1:1:1 untuk fenotipe yang menggambarkan gamet AB, Ab, aB, dan ab. Kebenaran Hukum Mendel diperkuat oleh hasil pengamatan kromosom yang memperlihatkan kesetaraan Hukum Mendel dengan perilaku kromosom dalam proses meiosis. Kesetaraan tersebut terlihat sebagai berikut: kesetaraan perpasangan alel dengan perpasangan kromosom homolog, kesetaraan segregasi sepasang alel dengan perpisahan pasangan kromosom homolog menuju kutub yang berbeda, dan kesetaraan antara perpaduan bebas alel-alel dengan kebebasan berbagai kromosom dalam memilih kutub yang dituju dalam meiosis.
Kegiatan Belajar 3
Pengembangan Teori Mendel
Pengembangan Teori Mendel
Dengan kemajuan penemuan genetika terlihat adanya berbagai fenomena yang menyimpang dari kaidah Mendel. Penyebab pertama dari penyimpangan tersebut karena adanya interaksi alel-alel antarlokus dalam ekspresi pembentukan fenotipe. Interaksi seperti ini secara umum disebut epistasis, yang terbagi atas interaksi komplementasi, modifikasi dan duplikasi. Penyebab kedua adalah terjadinya pautan antarlokus atau segregasi alel-alel suatu lokus yang dipengaruhi oleh segregasi pada lokus yang lain pada kromosom yang sama. Dan yang terakhir disebabkan oleh gen yang bersangkutan terletak pada organel di luar inti (ekstrakromosom). Migrasi organel pada waktu pembelahan sel berbeda dengan proses migrasi kromosom pada saat meiosis sehingga pewarisannya tidak mengikuti kaidah Mendel.
MODUL 3
PEMETAAN KROMOSOM
PEMETAAN KROMOSOM
Kegiatan Belajar 1
Peta Genetika Ekuariot Diploid
Peta Genetika Ekuariot Diploid
Penentuan posisi gen pada kromosom dilakukan dengan melihat pada kromosom mana gen-gen tersebut terletak, dan bagaimana jaraknya satu dengan yang lain. Pengelompokan gen pada kromosom dilihat dengan keterpautan antara satu lokus dengan yang lainnya. Bila dua lokus berpautan maka disimpulkan bahwa kedua lokus tersebut terletak pada satu kromosom. Bila lokus tersebut bersegregasi bebas kemungkinan lokus-lokus tersebut terpisah pada kromosom yang berbeda. Pada satu kromosom jarak antara satu lokus dengan lokus yang lainnya diukur dengan menghitung persentase rekombinasi, yaitu banyaknya gamet tipe rekombinan dibandingkan dengan total gamet. Bila rekombinan bernilai lebih besar atau sama dengan 0.5 maka kedua lokus dinyatakan bebas, dan lebih kecil dari 0.5 maka dinyatakan berpautan. Semakin besar jarak antara dua lokus maka akan semakin besar frekuensi pindah silang dan akan semakin meningkatkan persentase gamet rekombinan.
Kegiatan Belajar 2
Pemetaan Genetik Eukariot Haploid
Pemetaan Genetik Eukariot Haploid
Cendawan merupakan makhluk haplobion sehingga analisis genetic dapat langsung dilakukan terhadap spora hasil meiosis. Spora yang terdapat dalam askus merupakan tetrad, atau sel-sel hasil dari satu meiosis. Susunan spora pada suatu askus ada yang teratur (disebut tetrad teratur) dan ada pula yang tidak teratur (tetrad tidak teratur). Pada cendawan dengan tetrad teratur, susunan spora pada askus dapat menggambarkan proses meiosis yang terjadi. Apabila tidak terjadi pindah silang akan dihasilkan askus tipe DP, dan akan muncul tipe T bila terjadi pindah silang. Dalam kasus analisis untuk dua lokus akan muncul tipe DR yang merupakan hasil pindah silang dua pasang kromatid atau akibat perpaduan bebas. Jarak satu lokus terhadap sentromernya dihitung dengan rumus r = (0.5T/Total) 100%; dan jarak antara dua lokus dihitung dengan rumus r = {(DR + 0.5T)/Total} 100%. Dalam kasus cendawan dengan tetrad tidak teratur jarak antarlokus dihitung dari persentase spora rekombinan terhadap total spora. Jarak dihitung berdasarkan persamaan r = (n-spora rekombinan/ Total spora) 100%.
Kegiatan Belajar 3
Peta Sitologis
Peta Sitologis
Peta sitologi merupakan peta fisik berdasarkan pengamatan pada kromosom di bawah mikroskop. Untuk memperoleh gambar kromosom dilakukan pengambilan sampel dari jaringan dengan sel yang sedang aktif membelah. Gambar kromosom diperoleh dari pengamatan kromosom saat metafase, kemudian kromosom tersebut diatur berdasarkan tipenya. Gambar seperti ini disebut kariotipe. Dalam analisis akan dihitung jumlah kromosom tiap sel, kemudian dari masing-masing kromosom dipelajari morfologinya, seperti letak sentromer, keberadaan satelit, dan pita kromatin. Pita-pita menunjukkan kondensasi DNA, yang dapat diartikan sebagai posisi gen. Hubungan pita dengan gen dipelajari dengan melihat keberadaan atau kehilangan pita (delesi) dengan Untuk memperdalam pemahaman Anda mengenai materi di atas, kerjakanlah latihan berikut ! kehilangan sifat tertentu dari organisme. Keparalelan antara peta sitologi dengan peta genetik dilakukan dengan membandingkan urutan-urutan gen yang dihasilkan oleh kedua pita tersebut.
MODUL 4
STRUKTUR DAN REPLIKASI BAHAN GENETIK..
STRUKTUR DAN REPLIKASI BAHAN GENETIK..
Kegiatan Belajar 1
Struktur Bahan Genetik
Struktur Bahan Genetik
Melalui kejadian transformasi genetik pada bakteri telah dibuktikan bahwa DNA merupakan unsur genetik atau penentu sifat makhluk hidup. DNA merupakan suatu makromolekul yang tersusun oleh nukleotida sebagai molekul dasarnya, sedangkan nukleotida itu sendiri disusun oleh tiga komponen, yaitu gula (deoksiribonukleotida), fosfat, dan basa. Ada empat jenis basa pada DNA, yaitu Sitosin, Guanin, Adenin, dan Timin. Di samping DNA ada asam nukleat lain, yaitu RNA yang dibedakan dari DNA oleh gula dan basanya. Pada RNA terdapat Ribosa sebagai pengganti Deoksiribosa, dan Urasil sebagai pengganti Timin pada DNA. Nukleotida yang satu dirangkaikan dengan nukleotida lain oleh ikatan 3' - 5' fosfodiester membentuk suatu rantai polinukleotida. Dalam satu molekul DNA terdapat dua utas polinukleotida yang diikat oleh ikatan hidrogen yang terbentuk antara basa-basanya. Perpasangan A-T diikat oleh dua ikatan hidrogen dan perpasangan G-C oleh tiga ikatan hidrogen. Pasangan kedua utasan tersebut berpilin membentuk heliks ganda; pada satu pilinan terdapat 10 pasang basa dengan jarak antar nukleotida sebesar 3.4 A0 atau satu pilinan mempunyai panjang sekitar 34 A0.
Pilinan heliks ganda mempunyai garis tengah 20 A0. Struktur heliks ganda dengan gula fosfat yang terletak di bagian luar heliks dan basa di bagian dalam heliks, menjamin kestabilan struktur DNA. Kestabilan ini meliputi, pertama ketahanan DNA terhadap kerusakan akibat keadaan lingkungannya, dan yang kedua kestabilan genetik yang berhubungan dengan ketepatan dalam proses replikasi. Struktur heliks-ganda memungkinkan adanya replikasi semikonservatif yang menjamin ketepatan proses replikasi. Untuk lebih menjaga kestabilan DNA, di dalam sel DNA berasosiasi dengan protein, seperti histon pada eukariot. Besarnya DNA yang menyusun genom beragam dari satu organisme ke organisme lain. Genom virus berkisar dari 3 103 sampai 105 pasang basa, bakteri dari 5 105 sampai 107 pasang basa, eukariot dari 107 sampai 1011 pasang basa. Genom bakteri terdiri dari kromosom dan plasmid; dan sebagian besar bakteri mempunyai satu kromosom. Genom eukariot terdiri dari gen inti yang disusun oleh sejumlah kromosom, dan gen sitoplasma yang terdapat dalam bentuk DNA mitokondria dan DNA kloroplas.
Kegiatan Belajar 2
Replikasi DNA
Replikasi DNA
Replikasi DNA mengikuti pola semikonservatif yang melibatkan sejumlah enzim dan protein di dalamnya. Heliks ganda akan diudar menjadi utas tunggal dengan bantuan helikase, girase, dan protein SSB. Utas tunggal yang terbentuk akan membentuk percabangan replikasi dan akan digunakan sebagai utas model cetakan. Karena pertumbuhan sintesis DNA berjalan dengan arah 5-3 maka pada utas leading (berujung 3'OH) sintesis akan bergerak dari ujung ke arah pangkal percabangan replikasi. Sebaliknya pada utas lagging (berujung 5'P), sintesis berjalan dari pangkal ke ujung percabangan. Sintesis ini berjalan secara bertahap dalam bentuk fragmen Okazaki. Polimerase DNA mempunyai tingkat ketepatan yang tinggi karena dilengkapi dengan perangkat baca ulang. Dengan situs eksonuklease 3-5 nukleotida yang salah akan dibuang dan diganti dengan yang seharusnya. Dalam replikasi kromosomnya, bakteri menggunakan replikasi model q yang dimulai dari satu titik Ori, yaitu Ori-C. Replikasi kromosom eukariot dimulai dari banyak titik Ori, dan berjalan dwiarah. Virus menggunakan cara replikasi lingkaran berputar dalam proses replikasinya.
MODUL 5
EKSPRESI GEN
EKSPRESI GEN
Kegiatan Belajar 1
Transkripsi: Informasi dari Gen ke RNA
Transkripsi: Informasi dari Gen ke RNA
Gen diekspresikan melalui peranan dalam pengendalian sifat-sifat organisme. Peran ini dijalankan melalui pengendalian proses pembentukan protein dan enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi kimia pada berbagai tahapan metabolisme. Gen diekspresikan melalui dua tahapan, yaitu transkripsi dan translasi. Transkripsi adalah penyalinan informasi dari gen ke dalam molekul RNA, yang dalam pelaksanaannya adalah berupa penyusunan basa-basa pada rantai RNA dengan menggunakan runtunan basa DNA gen sebagai modelnya. Translasi adalah penterjemahan informasi berupa runtunan basa RNA menjadi rangkaian asam-amino pada protein. Dalam transkripsi terdapat dua perangkat, yaitu ruas DNA yang menjadi model dan enzim transkriptase yang mengkatalisis proses sintesis RNA. Ruas DNA yang dijadikan model juga disebut ruas penyandi ialah ruas yang dibatasi oleh promotor dan terminator. Promotor ialah segmen DNA yang berfungsi sebagai tanda bagi enzim transkriptase untuk mengawali proses transkripsi atau penyalinan basa DNA menjadi basa RNA. Terminator ialah segmen DNA yang menjadi tanda untuk berakhirnya proses transkripsi. Panjang ruas antara promoter dan terminator (ruas penyandi) akan sama dengan panjang RNA yang dihasilkan. Terdapat empat jenis RNA hasil transkripsi, yaitu mRNA, tRNA, rRNA, dan snRNA. Tiga RNA selain snRNA berperanan dalam proses translasi atau sintesis protein. mRNA berperan sebagai model untuk menyusun runtunan asam-amino rantai polipeptida atau protein. tRNA berperan sebagai pengangkut asam-amino dan penterjemah rangkaian kodon-kodon yang terdapat pada mRNA menjadi rangkaian asam-amino. rRNA berfungsi sebagai rangka ribosom dan mengenali tRNA dan mRNA.
Kegiatan Belajar 2
Protein dan Sandi Genetik
Protein dan Sandi Genetik
Protein merupakan makromolekul dengan asam-amino sebagai molekul dasarnya. Semua asam-amino mempunyai rumus bangun molekul yang sama, kecuali prolin, terdiri dari gugus R, Ca, gugus - NH2, dan gugus -COOH. Perbedaan satu asam-amino dengan yang lainnya terletak pada gugus R-nya. Dikenal 20 jenis asam-amino yang terlibat pada tahap translasi. Asam-amino dirangkaikan satu dengan yang lain membentuk rantai polipeptida, yang berbentuk liniear. Struktur polipeptida yang linear merupakan struktur primer protein, yang kemudian akan berkembang menjadi struktur sekunder berkat terbentuknya ikatan hidrogen antara asam-amino pada jarak tertentu. Terdapat dua jenis struktur sekunder yaitu heliks-a dan lembaran-b. Pada tahap akhir akan terjadi lagi pelipatan dari struktur sekunder membentuk struktur tersier, yang merupakan bentuk tiga dimensi. Pada struktur tersier sudah terdapat situs-situs fungsional protein. Untuk protein monomer (disusun oleh satu polipeptida) struktur tersier merupakan bentuk akhir protein yang menentukan fungsinya, sedangkan pada protein oligomer (disusun beberapa polipeptida) bentuk akhirnya adalah struktur kuartener, yang merupakan gabungan dari struktur tersier. Struktur akhir protein menentukan fungsinya, perubahan struktur dapat menyebabkan protein kehilangan fungsinya. Berdasarkan fungsinya protein terbagi menjadi enzim (berperan sebagai katalisator), protein cadangan, protein sistem pengangkut, protein sistem kekebalan, hormon, dan protein struktur. Hubungan antara protein dengan gen diatur melalui sandi genetik, yaitu suatu aturan yang menghubungkan antara suatu kodon pada mRNA dengan asam-amino pada polipeptida. Satu kodon akan menyandikan satu jenis asam-amino, sehingga dengan begitu satu gen akan menyandikan satu jenis polipeptida. Perubahan pada kodon akan menyebabkan terjadinya perubahan pada protein.
Kegiatan Belajar 3
Translasi: RNA menjadi Protein
Translasi: RNA menjadi Protein
Translasi adalah proses penterjemahan informasi genetik berupa rangkaian kodon mRNA menjadi rangkaian asam-amino polipeptida. Ada tiga unsur yang terlibat proses translasi tersebut, yaitu mRNA, tRNA, dan rRNA. Unsur pertama, mRNA berperan sebagai model untuk menyusun runtunan asam-amino polipeptida. Pada mRNA terdapat ruas penyandi, yaitu bagian yang dibatasi oleh kodon awal dan kodon akhir yang akan menjadi model untuk penyusunan protein. Unsur kedua, tRNA berperan menterjemahkan kodon-kodon mRNA menjadi asamamino polipeptida dan mengangkut asam-amino ke kompleks translasi. Kemampuan menterjemahkan dipunyai tRNA berkat adanya simpul antikodon, sedangkan kemampuan sebagai pengangkut karena ada ujung penerima asam-amino sehingga tRNA dapat berasosiasi dengan asam amino membentuk aminoasil-tRNA. Ribosom berperan sebagai tempat pertemuan mRNA dengan tRNA serta penterjemahan kodon serta reaksi perangkaian asam-amino. Pada ribosom terdapat berbagai situs yang berfungsi untuk mendukung peran di atas; situs tersebut ialah situs mRNA, situs P dan situs A untuk tRNA, serta situs peptidil-transferase. Translasi dapat dibagi ke dalam tiga tahapan, yaitu inisiasi, perpanjangan polipeptida, dan proses akhir. Inisiasi dimulai dengan subunit ribosom kecil mengenali mRNA berkat kemampuan rRNA16S berpasangan dengan ruas Shine Dalgarno di hulu kodon awal, selanjutnya tRNA inisiator akan menempel pada kodon awal yang terdapat pada mRNA, terakhir subunit ribosom besar akan bergabung menghasilkan ribosom sempurna.
Setelah insisasi pada ribosom akan menempel mRNA dan aminoasil-tRNA-inisiator pada situs P yang juga tepat pada posisi kodon awal, kemudian ke situs A akan menempel satu aminoasil-tRNA yang cocok dengan kodon yang terdapat pada situs tersebut. Setelah ada dua tRNA pada ribosom akan terjadi reaksi transpeptidasi yang memindahkan asam-amino dari situs P merangkai dengan asam amino pada situs A, membentuk aminoasil-tRNA dan terjadi penambahan satu asam-amino pada rantai polipeptida. Selanjutnya terjadi pergeseran ribosom satu kodon ke arah hilir mRNA yang menyebabkan peptidiltRNA dari situs A pindah ke situs P dan situs A kosong dan siap menerima aminoasil-tRNA berikutnya. Proses akan terus berulang sampai ribosom menemukan kodon akhir. Ketika ribosom mencapai kodon akhir tidak akan ada aminoasiltRNA yang masuk ke situs A dan muncul protein FR yang akan memisahkan ribosom, tRNA, mRNA dan polipeptida. Subunit ribosom kecil akan terpisah dari subunit besar, mRNA akan terurai menjadi nukleotida bebas, dan polipeptida siap masuk ke proses berikutnya untuk membentuk protein yang berfungsi. Untuk dapat mencapai struktur akhir protein yang fungsional polipeptida hasil translasi kadang-kadang harus melewati suatu proses modifikasi pascatranslasi, yang dapat berupa pemotongan rantai polipeptida, perubahan asam-amino tertentu atau penambahan senyawasenyawa tertentu. Berbagai protein hasil translasi menurut fungsinya, yaitu enzim, hormon, protein pengangkut, protein toksin, antibodi, protein penyimpan dan cadangan, protein kontraksi, serta protein penyangga struktur.
MODUL 6
MUTASI
MUTASI
Kegiatan Belajar 1
Mutasi Tingkat Gen
Mutasi Tingkat Gen
Mutasi ialah perubahan struktur DNA kromosom atau gen-gen, yang menyebabkan perubahan pada tingkat ekspresi. Perubahan pada struktur gen akan menyebabkan terjadinya perubahan kodon yang menentukan dalam translasi protein. Oleh karena itu, mutasi akan menyebabkan terjadinya perubahan proses metabolisme, yang dikatalisis oleh enzimenzim yang disandikan oleh gen-gen yang bermutasi tersebut. Perubahan struktur dan ekspresi gen serta perubahan metabolisme tersebut dapat terlihat pada perubahan morfologi, perubahan kimia atau perubahan pertumbuhan dan daya adaptasi. Ukuran perubahan struktur dapat dilihat dari banyaknya basa yang berubah; apabila hanya satu basa yang berubah maka disebut mutasi titik, dan apabila sejumlah basa yang berdampingan yang berubah disebut mutasi basa ganda. Mutasi basa ganda dapat mengenai satu gen atau melebihi satu gen. Mutasi yang hanya mengenai satu gen disebut mutasi gen, dan apabila mengenai lebih dari satu gen biasa disebut mutasi kromosom. Mutasi titik terjadi akibat adanya pergantian (substitusi) suatu pasangan basa pada DNA dengan pasangan basa lainnya atau akibat terjadinya penyisipan atau pengurangan satu pasang basa. Substitusi pasangan basa dapat berupa transisi (purin diganti oleh purin atau pirimidin diganti oleh pirimidin) atau transversi (purin diganti oleh pirimidin atau pirimidin diganti oleh purin). Pasangan TA melalui transisi akan diganti oleh CG, dan melalui transversi diganti oleh AT dan GC. Akibat perubahan satu basa ini maka akan terjadi perubahan satu kodon pada mRNA dan perubahan satu asam-amino pada rantai polipeptida. Ada tiga kemungkinan jenis kodon baru yang muncul, kodon sinonim (disebut mutasi bisu), kodon lain bukan sinonim (mutasi ubah arah), dan kodon akhir (mutasi hilang arah). Penambahan atau pengurangan basa DNA akan menyebabkan perubahan sejumlah kodon yang terdapat di belakang tempat penyisipan atau pengurangan tersebut.
Perubahan kodon tersebut dapat juga memunculkan kodon akhir di posisi baru. Oleh karena itu, mutasi akibat penambahan atau pengurangan akan menyebabkan terjadinya perubahan sejumlah asam-amino dibelakang titik mutasi serta mengubah ukuran panjang rantai polipeptida. Mutasi ini dapat terjadi secara spontan atau akibat adanya rangsangan dari luar. Mutasi spontan terjadi karena adanya fenomena kimia tautomerik, yaitu perubahan konfigurasi molekul akibat perubahan kondisi larutan. Perubahan tautomerik menyebabkan Adenin menjadi Aimino, Sitosin menjadi Cimino, Guanin menjadi Genol, dan Timin menjadi Tenol. Dalam proses replikasi turunan-turunan basa tersebut dapat membentuk pasangan berikut Aimino-Sitosin, Cimino-Adenin, Genol-Timin, Tenol-Guanin. Sejumlah senyawa kimia (seperti hidroksilamin, EES, EMS, akridin) dapat merangsang terjadinya perubahan basa DNA. Perubahan basa ini dapat menyebabkan terjadi perpasangan basa atau basa tersebut dilewati dalam replikasi atau basa tersebut dibuang dari DNA. Sinar dengan gelombang tertentu dapat merupakan bahan yang merangsang terjadinya perubahan struktur DNA dan memunculkan mutasi.
Kegiatan Belajar 2
Mutasi Tingkat Kromosom
Mutasi Tingkat Kromosom
Mutasi kromosom ialah mutasi basa ganda yang lingkupannya melebihi rentang suatu gen. Mutasi kromosom terbagi menjadi perubahan struktur kromosom dan perubahan jumlah kromosom. Perubahan struktur kromosom terdiri dari duplikasi (pertambahan atau penggandaan segmen kromosom tertentu), delesi (kehilangan segmen kromosom), inversi (perubahan arah segmen kromosom), dan translokasi (perpindahan posisi segmen baik dalam satu kromosom maupun antarkromosom). Rekombinasi merupakan kekuatan utama terjadinya perubahan struktur kromosom, yaitu akibat terjadinya penyimpangan dari proses rekombinasi homolog. Rekombinasi antara pasangan kromosom homolog pada situs yang bukan situs aslinya dapat memunculkan duplikasi dan delesi. Rekombinasi antardua situs yang terdapat dalam satu kromosom yang sama dapat memunculkan delesi dan inversi. Rekombinasi nirhomolog dapat menyebabkan terjadinya translokasi intrakromosom. Rekombinasi antara dua kromosom heterolog dapat memunculkan translokasi antar kromosom. Perubahan jumlah kromosom terdiri dari perubahan aneuploid (penambahan kromosom tertentu) dan perubahan euploid (penambahan dengan semua kromosom satu ploidi). Terjadinya penyimpangan dalam proses mitosis dapat menyebabkan terjadinya perubahan jumlah kromosom. Perubahan euploid terbagi menjadi alopoliploid (penambahan dengan ploidi yang berbeda) dan autopolyploid (penambahan dengan ploid yang sama).
MODUL 7
REGULASI EKSPRESI GEN
REGULASI EKSPRESI GEN
Kegiatan Belajar 1
Regulasi Ekspresi Gen pada Mikrobia
Regulasi Ekspresi Gen pada Mikrobia
Ekspresi suatu gen dapat diatur, "dinyalakan atau dimatikan" melalui suatu sistem yang disebut ekspresi gen. Pada makhluk bersel tunggal terdapat berbagai tipe atau tingkat regulasi, antara lain regulasi pada tingkat inisiasi transkripsi (operon laktosa), regulasi pada tingkat RNA translasi (operon triptofan), regulasi pada tingkat struktur promoter (pada pergantian protein permukaan flagela S. typhimurium) dan regulasi pada tingkat struktur gen (pada perubahan tipe perjodohan Saccharomyces cereviseae). Pada operon laktosa terdapat tiga gen struktural yang salah satunya ialah lak-Z yang menyandikan enzim b-galaktosidase, yang berperan mengkatalisis penguraian laktosa menjadi glukosa dan galaktosa. Enzim b-galaktosidase akan diekspresikan apabila tersedia laktosa dan tidak ada glukosa, dan ekspresinya harus dihentikan bila glukosa cukup tersedia atau tidak tersedia laktosa. Ekspresi operon laktosa diatur dengan dua cara yaitu dengan protein represor yang berinteraksi dengan laktosa, atau dengan protein aktivator yang berinteraksi dengan glukosa. Gen regulator lak-i akan menyandikan protein represor, yang bila tidak ada laktosa akan mencegah transkriptase melakukan inisiasi transkripsi. Bila ada laktosa maka senyawa ini akan mengubah konfigurasi protein represor sehingga tidak dapat menghalangi transkriptase menginisiasi transkripsi. Protein aktivator CAP yang disandikan oleh gen regulator crp berfungsi mengaktifkan transkriptase. Protein CAP dapat berperan sebagai aktivator bila berasosiasi dengan cAMP, yang ketersediaannya dalam sel ditentukan oleh keberadaan glukosa.
Apabila kuantitas glukosa tinggi, cAMP rendah maka CAP tidak dapat mengaktifkan transkriptase, dan sebaliknya bila glukosa rendah, cAMP tinggi maka CAP dapat mengaktifkan transkriptase. Operon triptofan keberlangsungan ekspresinya diatur pada tingkat RNA yang ditranskripsikan; dan pengaturan tersebut dilakukan oleh triptofan hasil metabolisme. Pada operon triptofan terdapat lima gen struktural dan satu gen regulator (trp-L); dengan trp-L berada tepat di belakang promotor. Inisiasi transkripsi akan berjalan dengan lancar, dan transkriptase akan memasuki wilayah trp-L. Regulasi berlangsung pada saat enzim transkriptase berada pada ruas trp-L, yaitu dengan menentukan apakah transkripsi akan berhenti pada trp-L atau dilanjutkan ke ruas gen yang ada di belakangnya (trpE sampai trpA).
