BAB 1

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Salah satu ciri makhluk hidup adalah berkembang biak (mereproduksi jenisnya).

Dimana keturunan berikutnya memiliki sifat yang hampir sama dengan orangtuanya.

Dalam menghasilkan keturunan baru, informasi genetik juga diwariskan dari orang tua

kepada keturunannya. Proses demikian disebut dengan Hereditas (pewarisan).

Genetika adalah ilmu tentang hereditas yang terkait dengan gen. Gen adalah

bagian dari DNA kromosom yang mengkode satu buah molekul RNA spesifik, yang

selanjutnya mengkode untuk polipeptida tertentu. Gen tersusun dari DNA (Deoxyribo

Nucleic Acid). DNA tersusun atas basa nitrogen, asam deoxyribosa dan fosfat. Dimana

DNA adalah dasar kimia hereditas (pewarisan) dan diorganisasikan kedalam gen, yang

menjadi unit dasar informasi genetika. Pembuktian bahwa DNA mengandung informasi

genetik dilakukn pertama kali pada tahun 1944 dalam serangkain percobaan oleh Avery,

MacLeod, McCarty. Ketiga peneliti ini memperlihatkan bahwa penetapan genetik dari

karakter kapsul pneumokukus spesifik dapat dipindahkan kepada pneumokukus lain

dengan tipe kapsul yang berbeda melalui penyisipan DNA yang dimurnikan sehingga

memiliki tipe yang spesifik dengan pneumokukus awalnya.

Kandungan informasi DNA (kode genetik) terletak didalam (rangkaian) sequence

tempat tersusunnya monomer-monomer deoksiribosanukleotida purin dan pirimidin yang

saling berikatan sangat kuat yaitu ikatan fosfodieter. Dimana dengan seperti ini dapat

ditentukan stuktur DNA membentuk heliks ganda. Gen juga mengendalikan sistesis

1

berbagai tipe RNA (mRNA, rRNA, tRNA) dari DNA yang sebagian besar diantaranya

terlibat dalam sintesis protein. DNA diperoleh melalui proses isolasi DNA didalam gen

itu sendiri.

B. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan di atas, maka dapat

dirumuskan:

1. Apa sifat gen?

2. Bagaimana aliran informasi genetik dalam pembentukan protein ?

3. Bagaimana struktur DNA?

4. Bagaimana isolasi DNA?

C. Tujuan Penulisan

Pembuatan makalah ini bertujuan untuk:

1. Untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah biokimia

2. Untuk memahami bagaimana sifat gen.

3. Untuk mengetahui aliran informasi genetik dalam pembentukan protein.

4. Untuk mengetahui struktur DNA.

5. Untuk mempelajari proses isolasi DNA

D. Manfaat Penulisan

Setelah mempelajari makalah ini, diharapkan pembaca mendapatkan:

1. Sebagai informasi bagi siapa yang ingin mengetahui struktur dan sifat DNA.

2. Sebagai informasi bagi siapa yang ingin mengetahui aliran informasi genetik dalam

pembentukan protein.

3. Sebagai informasi bagi siapa yang ingin mengetahui proses isolasi DNA.

2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Sifat – Sifat Gen

Genetika adalah cabang ilmu biologi yang mempelajari sifat-sifat keturunan (hereditas)

serta segala seluk beluknya secara ilmiah. Unit-unit hereditas yang ditransmisikan dari satu

generasi ke generasi berikutnya (dengan kata lain, yang diwariskan) disebut gen. Pertama kali

istilah gen diperkenalkan oleh Thomas Hunt Morgan, ahli Genetika dan Embriologi Amerika

Serikat (1911), yang mengatakan bahwa substansi hereditas yang dinamakan gen terdapat dalam

lokus, di dalam kromosom.

Pada konsep Mendelian, suatu gen digambarkan sebagai unit penurunan sifat yang

mempunyai ciri-ciri yang mempengaruhi karakteristik fenotip. Menurut W. Johansen, gen

merupakan unit terkecil dari suatu makhluk hidup yang mengandung substansi hereditas,

terdapat di dalam lokus gen. Seluruh metabolisme dalam tubuh diatur oleh gen. Gen terdapat

pada DNA. DNA merupakan komponen penyusun kromosom.

Gen mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

a. Mengandung informasi genetik.

Hal ini dibuktikan dari percobaan Fred Griffith (1928) yang menunjukkan DNA

bakteri dapat memindahkan informasi genetik melalui proses yang disebut

transformasi.

b. Tiap gen mempunyai tugas dan fungsi berbeda.

c. Pada waktu pembelahan mitosis dan meiosis dapat mengadakan duplikasi.

d. Ditentukan oleh susunan kombinasi basa nitrogen.

3

e. Sebagai materi tersendiri yang terdapat dalam kromosom.

Gen menyimpan instruksi untuk membuat protein tetapi gen tidak menyusun protein

secara langsung. Jembatan antara DNA dan sintesis protein adalah RNA. Basa nukleotida yang

menyusun RNA adalah A, G, C, dan U. RNA pada umumnya tersusun atas untai tunggal. DNA

dan RNA terbentuk dari kelompok basa nitrogen yang berbeda yaitu purin dan pirimidin. Dua

purin yang terdapat paling banyak dalam DNA adalah adenin dan guanine, sedangkan basa

pirimidin yang umum adalah sitosin dan timin.

Gambar 1. Gambar DNA

B. Aliran Informasi Genetik (Sentral Dogma).

Sejak tahun 1944 telah diketahui bahwa DNA merupakan partikel pembawa informasi

genetik. Alur informasi genetik yang terjadi pada sel hidup meliputi tiga tahap yaitu tahap

replikasi, transkripsi dan translasi. Alur informasi genetik (Sentral Dogma) adalah proses

transkripsi DNA menjadi mRNA dan translasi menjadi sebuah polipeptida. Maksudnya adalah

semua informasi yang terdapat pada DNA, kemudian akan digunakan untuk menghasilkan

4

DNA

DNA terdiri dari gula pentose, basa nitrogen dan fosfat

2 3

1 TRANSKRIPSI

TRANSKRIPSI BALIK

DNA mRNA PROTEIN

TRANSLASI

Replikasi

molekul RNA melalui transkripsi, dan sebagian informasi pada RNA tersebut akan digunakan

untuk menghasilkan protein melalui proses yang disebut translasi.

Pada tahun 1956, Francis H. Crick memperkenalkan diagram alur yang menggambarkan

fungsi DNA dalam perjalanan informasi genetik yang disebut sentral dogma (Watson, et al.

dalam T. Milanda, 1994).

Skema 2. Dogma sentral aliran informasi genetik (Marks, et al., 2000)

Keterangan:

1. Tahap replikasi

Replikasi merupakan pembentukan DNA rangkap ganda yang komplemen satu dengan yang

lainnya dan persis seperti DNA semula. Replikasi DNA bersifat semikonservatif, yaitu

kedua untai tunggal DNA bertindak sebagai cetakan untuk pembuatan untai-untai DNA

baru, seluruh untai tunggal hasil cetakan dipertahankan dan untai yang baru dibuat dari

nukleotida – nukleotida.

5

Gambar 2. Macam - macam replikasi DNA

Proses replikasi DNA

Mula-mula, heliks ganda dibuka menjadi dua untai tunggal oleh enzim helikase (9) dengan

bantuan topoisomerase (11) yang mengurangi tegangan untai DNA. Untaian DNA tunggal

dilekati oleh protein-protein pengikat tunggal (10) untuk mencegahnya membentuk heliks ganda

kembali. Primase (6) membentuk oligonukleotida RNA yang disebut primer (5) dan molekul

DNA polimerisase (3 dan 8) melekat pada seuntai tunggal DNA dan bergerak sepanjang untaian

tersebut memperpanjang primer, membentuk untaian tunggal DNA baru yang disebut leading

strand (2) dan lagging strand (1). DNA polymerase yang membentuk lagging strand harus

mensintesis segmen – segmen polinukleotida discontinue (disebut fragmen Okazaki (7)). Enzim

DNA ligase (4) kemudian menyambungkan potongan – potongan lagging strand tersebut.

6

Gambar 3. Proses replikasi DNA

Garpu replikasi

1. Leading strand: sintesis DNA terjadi secara kontinu.

2. Lagging strand: sintesis DNA terjadi melalui pembentukan utas-utas pendek. Lagging

strand: disintesis secara tidak kontinu. Primase mensintesis primer RNA pendek, yang

diperpanjang oleh DNA polymerase, membentuk fragmen Okazaki.

Untaian ini disintesis dalam segmen – segmen yang disebut fragmen Okazaki. Pada

untaian ini, primase membentuk primer RNA. DNA polimerisasi dengan demikian dapat

menggunakan gugus OH 3’ bebas pada primer RNA tersebut untuk mensitesis DNA

dengan arah 5’ 3’. Fragmen primer RNA tersebut lalu disingkirkan (misalnya dengan

RNase H dan DNA Polimerisasi 1) dan deoksiribonukleotida baru ditambahkan untuk

mengisi celah-celah yang tadinya ditempati oleh RNA. DNA ligase lalu menyambungkan

fragmen – fragmen Okazaki tersebut sehingga sintesis lagging strand menjadi lengkap.

pembentukan leading dan lagging strand

garpu replikasi yang mensintesis DNA (untaian ganda) Pembentukan fagmen Okazaki

Gambar 4. Beberapa peristiwa dalam proses replikasi DNA

7

Gambar 5. Arah replikasi DNA

Enzim yang terlibat dalam proses replikasi DNA adalah

1. Polimerase DNA : enzim yang berfungsi mempolimerisasi nukleotida-nukleotida

2. Ligase DNA : enzim yang berperan menyambung DNA utas lagging

3. Primase DNA : enzim yang digunakan untuk memulai polimerisasi DNA pada lagging

strand

4. Helikase DNA : enzim yang berfungsi membuka jalinan DNA double heliks.

5. Single strand DNA-binding protein : menstabilkan DNA induk yang terbuka

2. Tahap Transkripsi

Transkripsi adalah sintesis RNA dibawah arahan DNA. Keduanya menggunakan

bahasa yang sama sehingga informasi dari DNA disalin begitu saja dari satu molekul ke

molekul yang lain (basa T pada DNA disalin menjadi basa U pada RNA). Untai tunggal

DNA bertindak sebagai template untuk penyusunan sekuen nukleotida RNA (seperti pada

proses replikasi DNA, perbedaannya pada replikasi DNA yang disusun pada template induk

adalah sekuen nukleotida DNA). Fungsi ini disebut fungsi heterokatalis DNA karena DNA

8

mampu mensintesis senyawa lain yaitu RNA. Sebuah rantai DNA digunakan untuk

mencetak rantai tunggal mRNA dengan bantuan enzim RNA polimerase. Enzim tersebut

menempel pada kodon permulaan, umumnya adalah kodon untuk asam amino metionin.

Bagi gen pengkode protein, molekul RNA tersebut merupakan transkrip dari

instruksi penyusunan-protein dari gen (RNA ini dapat dihasilkan dalam jumlah yang banyak

melalui proses transkripsi). Tipe molekul RNA semacam ini disebut messenger RNA

(mRNA) karena molekul ini membawa pesan genetik dari DNA menuju mesin pensintesa-

protein dalam sel. (Transkripsi merupakan istilah umum untuk sintesis berbagai tipe RNA

dari template DNA dan ada berbagai tipe RNA yang dihasilkan melalui transkripsi).

Pertama-tama, ikatan hidrogen di bagian DNA yang disalin terbuka. Akibatnya, dua

utas DNA berpisah. Salah satu polinukleotida berfungsi sebagai pencetak atau sense, yang

lain sebagai gen atau antisense. Misalnya pencetak memiliki urutan basa G-A-G-A-C-T,

dan yang berfungsi sebagai gen memiliki urutan basa komplemen C-T-C-T-G-A. Karena

pencetaknya G-A-G-A-C-T, maka RNA hasil cetakannya C-U-C-U-G-A. Jadi, RNA C-U-C-

U-G-A merupakan hasil kopian dari DNA C-T-C-T-G-A (gen), dan merupakan komplemen

dari pencetak.

Hasil (produk) yang didapatkan pada tahap transkripsi adalah:

1. messenger RNA (mRNA) berfungsi sebagai pembawa pesan yang mengagkut

informasi dalam sebuah gen kepada ribosom

2. transfer RNA (tRNA) bertindak sebagai adapter (penyetaraan translasi informasi

didalam rangkaian nukleotida mRNA menjadi asam amino yang spesifik.

3. ribosom RNA (rRNA) berfungsi mesin pemmbentukan protein dari cetakan mRNA.

Ketiga produk RNA ini mengambil bagian pada proses selanjutnya dalam tahap translasi.

9

Komponen yang terlibat pada tahap transkripsi adalah

1. DNA yang terdiri atas basa nukleotida Adenin (A), Guanin (G), Timin (T), Sitosin

(S).

2. Enzim RNA polimerase

3. Prekusor (bahan yang ditambahkan sebagai peninduksi).

Tahapan dalam proses transkripsi pada dasarnya terdiri dari 3 tahap :

1. Inisiasi (pengawalan).

Transkripsi tidak dimulai disembarang tempat pada DNA, tetapi dibagian hulu

(upstream) dari gen yaitu promoter. Salah satu bagian terpenting dari promoter adalah

kotak Pribnow (TATA box). Di dalam suatu promoter sudah terdapat signal tempat

mulainya transkripsi. Selain itu promoter juga menentukan untai DNA mana yang akan

dijadikan template untuk ditranskripsi (DNA memiliki dua untai berbetuk helix – double

helix).

Inisiasi dimulai ketika holoenzim RNA polimerase menempel pada promoter.

Tahapannya dimulai dari pembentukan kompleks promoter terbuka, penggabungan beberapa

nukleotida awal dan perubahan konfirmasi RNA polymerase karena struktur sigma dilepas

dari kompelks holoenzim.

Dimana tahapan yang terjadi pada inisiasi adalah:

a) enzim RNA polimerase menyalin gen

b) pengikatan RNA polimerase terjadi pada tempat tertentu yaitu tepat didepan gen yang

akan ditranskripsi.

c) empat pertemuan antara gen (DNA) dengan RNA polimerase disebut promoter.

d) kemudian RNA polimerase membuka double heliks DNA.

10

e) salah satu utas DNA berfungsi sebagai cetakan.

2. Elongasi (pemanjangan)

Proses selanjutnya adalah elongasi (pemanjangan). Pemanjangan disini adalah

pemanjangan nukleotida. Setelah RNA polymerase menempel pada promoter, maka enzim

tersebut akan bergerak sepanjang molekul DNA, menguraikan dan meluruskan heliks. RNA

polimerase bergerak sepanjang DNA, membuka untaian double helix-nya untuk dipasangkan

dengan nukleotida RNA. Suatu enzim menambahkan untai nukleotida yang baru terbentuk

sehingga untai RNA ini memanjang. RNA nukleotida yang baru tersebut terlepas dari

template DNA, dan dua untai DNA yang terpisah menyatu kembali menjadi doublehelix.

Dalam pemanjangan, nukloetida ditambahkan secara kovalen pada ujung 3’ molekul

RNA yang ditambahkan adalah Urasil (U) dan seterusnya. Laju pemanjangan maksimim

molekul transkripsi RNA berkisar antara 30 – 60 nukleotida per detik. Kecepatan elongasi

tidak konstan.

3. Terminasi (pengakhiran)

Terminasi juga tidak terjadi disembarang tempat. Transkripsi berakhir ketika

menemui nukleotida tertentu berupa stop kodon. Selanjutnya RNA terlepas dari DNA

templat menjadi ribosom. mRNA sebagai pembawa informasi dari DNA menuju ribosom,

ditranskripsi dari untai template suatu gen. Enzim RNA polimerase memisahkan dua untai

DNA dan menggabungkan nukleotida RNA dengan basa pasangannya pada template DNA.

Sekuen nukleotida yang spesifik pada untai DNA menandai tempat dimana transkripsi gen

bermula dan berakhir. Sekuen DNA dimana RNA polimerase menempel dan memulai

transkripsi dikenal sebagai promoter (pada bacteria signal yang mengakhiri transkripsi

11

dikenal sebagai terminator). Untai DNA yang ditranskripsi ke dalam molekul RNA disebut

unit transkripsi.

Selama transkripsi, gen menentukan urutan dari basa sepanjang molekul mRNA

(Gambar 5). Untuk tiap-tiap gen, hanya satu dari dua untai DNA yang ditranskripsi. Untai

ini disebut template strand karena untai tersebut menyediakan pola atau cetakan urutan

nukleotida dalam transkrip RNA. Molekul mRNA merupakan komplemen dari DNA

template karena basa RNA disusun berdasarkan aturan pasangan basa. Pasangannya adalah

serupa dengan yang dihasilkan pada replikasi DNA tetapi U pada RNA menggantikan T dan

berpasangan dengan A, serta nukleotida dari mRNA mengandung ribose bukan deoxyribose.

Seperti pada sintesis untai baru DNA, molekul RNA yang disentesis dari template DNA juga

disusun dengan arah antiparalel. Sebagai contoh, basa triplet DNA adalah ACC (dibaca 3’-

ACC-5’) menjadi template bagi tersusunnya 5’-UGG-3’ mRNA. Basa triplet pada mRNA

ini disebut kodon, dan pada umumnya tertulis dengan arah 5’-3’. Pada contoh diatas UGG

merupakan kodon bagi asam amono tryptophan (Trp). Istilah kodon juga digunakan untuk

basa triplet DNA pada untai non-template.

12

Gambar 6. Tiga kode DNA (kodon)

Synthesis of an RNA Transcript

Terdapat tiga tahap transkripsi (Figure 6) yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi.

13

Gambar 7. Tiga tahap transkripsi

3. Translasi

Translation adalah sintesis polipeptida yang terjadi melalui arahan dari mRNA. Sel

harus menterjemahkan urutan molekul basa RNA ke dalam urutan asam amino polipeptida.

Tempat terjadinya penerjemahan/translasi adalah ribosom yaitu suatu komponen partikel

yang memfasilitasi penggabungan asam amino yang berurutan menjadi rantai

polipeptida.Translasi merupakan suatu proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada

pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu

14

polipeptida atau protein. Yang diperlukan dalam proses translasi adalah mRNA, ribosom,

tRNA, dan asam amino.

Dalam melakukan proses translasi, sel menginterpretasikan pesan genetik ke dalam

pembentukan polipeptida. Pesan tersebut terdapat dalam rangkaian kodon pada molekul

mRNA, sedangkan interpreter-nya adalah transfer RNA (tRNA). Fungsi tRNA adalah

mentransfer asam amino dari sitoplasma menuju ribosom. Ribosom merangkai asam amino

yang dibawa oleh tRNA menjadi rangkaian polipeptida (Gambar 8).

Gambar 8. Konsep dasar tahap translasi.

Kunci dari translasi pesan genetik menjadi rangkaian asam amino tertentu adalah

bahwa tiap-tiap molekul tRNA mentranslasikan kodon mRNA ke dalam asam amino

tertentu. tRNA yang masuk ke dalam ribosom membawa asam amino pada ujungnya

sedangkan pada ujung yang lainnya terdapat triplet nukleotida yang disebut antikodon, yang

berpasangan dengan kodon mRNA.

15

Seperti halnya pada tahap transkripsi, tahap translasi ini juga dibagi tiga tahap:

1. Inisiasi

Tempat terjadinya penerjemahan/translasi adalah ribosom yaitu suatu komponen

partikel yang memfasilitasi penggabungan asam amino yang berurutan menjadi rantai

polipeptida. Ribosom tersusun atas dua sub unit yaitu subunit besar dan subunit kecil

(Gambar 9).

Gambar 9. Susunan ribosom dan anatomi dari fungsi ribosom.

Subunit ribosom tersusun atas protein dan molekul RNA yang disebut ribosomal

RNA (rRNA). Setiap ribosom memiliki selain memiliki tempat untuk mengikat mRNA juga

memiliki tempat untuk mengikat tRNA yaitu sisi P, sisi A, dan sisi E. Sisi P mengikat tRNA

yang membawa rangkaian polipeptida, sisi A mengikat tRNA yang membawa asam amino

berikutnya yang akan dirangkai, sisi E adalah tempat keluarnya tRNA.

Inisiasi diawali dengan mengumpulnya mRNA, tRNA yang membawa asam amino

pertama, dan dua subunit ribosom. Subunit ribosom kecil mengikat mRNA dan tRNA yang

membawa asam amino metionin, kemudian subunit ribosom besar menempel. Secara

keseluruhan komponen ini disebut sebagai translation initiation complex. Suatu protein yang

disebut initiation factor dibutuhkan untuk menjaga translation initiation complex tetap

menyatu.

16

Pertama tRNA mengikat asam amino menyebabkan tRNA teraktivasi (dinamakan

peristiwa amino-asilasi). Proses amino-asilasi ini dikatalis oleh enzim tRNA sistetase.

Kemudian ribosom mengalami pemisahan menjadi subunit besar dan kecil. Subunit kecil

dapat menempel pada mRNA dengan kodon awal tempat menempel : 5’ – AGGAGG – 3’.

Urutan tempat menempelnya subunit kecil disebut urutan Shine-Dalgamo. Subunit kecil

dapat menempel pada mRNA bila ada IF-3. Pembentukan kompleks IF-2/tRNA-fMet dan

IF-3/mRNA-fMet disebut asam amino N-formilmetionin dan memerlukan banyak GTP

sebagai sumber energi. tRNA-fMet kemudian menempel pada kodon pembuka P subunit

kecil. Pada proses IF-1 dan IF-2 dilepas dan GTP dihidrolisis menjadi GDP, dan siap

melakukan elonganasi.

2. Elongasi

Perbedaan pada proses transkripsi, pada translasi asam amino yang dipanjangkan.

Tahapan yang dilakukan pada proses elongasi, pertama adalah pengikatan tRNA pada sisi A

yang ada pada ribosom. Yang saling berikatan membentuk ikatan peptida. Pada elongasi

translasi, asam amino ditambahkan satu persatu ke asam amino sebelumnya. Setiap

penambahan asam amino membutuhkan protein yang disebut elongation factor. Elongasi

berlangsung dalam siklus yang terdiri atas tiga tahap yaitu pengenalan kodon, pembentukan

ikatan peptide, dan translokasi (Gambar 10).

17

3. Terminasi

Translasi akan berakhir pada salah satu dari tiga kodon terminasi (UAA, UGA,

UAG) yang ada pada mRNA mencapai posisi A pada ribosom. Ketiga sinyal penghentian ini

disebut release factor (RF) pada kodon terminasi (stop kodon). Tahap akhir translasi adalah

terminasi (Gambar 11). Elongasi akan berjalan terus menerus hingga kodon “stop” pada

mRNA mencapai sisi A pada ribosom. Protein yang disebut release factor terikat secara

langsung pada kodon “stop” di sisi A.

Gambar 11. Tahap terminasi dari translasi.

18

Selama translasi, sekuen dari kodon di sepanjang untai mRNA di terjemahkan

(translasi/dekode) ke dalam sekuen asam amino yang menyusun rantai polipeptida. Gambar

12 menunjukkan hubungan antara kodon dan protein yang disintesis.

Gambar 12. Hubungan antara kodon dan protein yang disintesis

19

Gambar 13. Tahap translasi

20

Gambar 14. Tahap sintesis protein

21

KODE GENETIK

Masing – masing protein mengandung asam amino dalam jumlah tertentu yang tersusun

secara tepat menjadi suatu sekuens. Gen - gen tersusun dari kodon-kodon yang masing - masing

menspesifik sebuah asam amino spesifik melalui molekul mRNA . Sebuah kodon terdiri atas

sebuah gugus tiga nukleotida (triplet nukleotida. Urutan sekuen DNA dan mRNA adalah sebagai

berikut:

Kodon 1 2 3 4 5 6

Sekuen cetakan DNA 3’ TAC CCG ATA TCA GCC AAG 5’

Sekuens kodon mRNA 5’AUG GGC UAU AGU CGG UUC 3’

Asam amino Met Gly Tyr Ser Arg Leu

Dalam pembentukan asam amino diawali oleh asam amino metionin (AUG) dan diakhiri oleh

kodon stop (UAA, UAG, UGA).

C. STUKTUR DNA

DNA adalah polimer dari nukleotida-nukleotida. Nukleotida-nukleotida dalam DNA

dihubungkan satu dengan yang lainnya oleh ikatan fosfodiester, yaitu ikatan yang terjadi antara

Carbon katida dari satu nukleotida terdiri dari sebuah gula pantosa (deoksiribosa), satu buah

fosfat dan satu basa nitrogen. Basa nitrogen tersebut berikatan dengan carbon pertama dari gula

deoksiribosa, sedangkan fosfat berikatan dengan karbon kelima dari gula yang sama.

Basa nitrogen yang menyusun nukleotida dikelompokan menjadi 2 yaitu:

1. Purine, yaitu basa nitrogen yang strukturnya berupa dua cincin. Termasuk

diantaranya adalah : adenin dan guanin.

22

2. Primidin, yaitu basa nitrogen yang strukturnya berupa satu cincin. Termasuk

diantaranya adalah : citosin dan timin.

Gambar 15. Basa Nitrogen

Beda DNA dengan RNA adalah

Pembeda DNA RNA

Gula deosiribosa Ribose

Basa nitrogen A,C,G,T A,G,C,U

Untaian Ganda Tunggal

Prokariot sitoplasma Sitoplasma

Eukariot Inti Inti dan sitoplasma

Penyimpan informasi Hasil transkripsi

Tabel 1. Beda DNA dan RNA

Bentuk susunan DNA dan RNA

23

Gambar 16. (a) Perbandingan nukleotida RNA dan DNA dan (b) Perbandingan struktur

tiga dimensi DNA dan RNA

Gambar 17. Struktur kimia dari DNA. Setiap molekul DNA terdiri dari sub unit

deoksiribonukleotida monofosfat. Setiap unit tersebut tersusun dari kelompok fosfat yang

berikatan dengan gula pada atom karbon no. 5 dengan karbon no.3 dari gula berikutnya

disebut ikatan fosfodiester (Wolf, 1993)

24

Hukum Chargaff:

Chargaff meneliti proporsi relatif dari purin dan purimidin dalam suatu DNA dari sejumlah

organisma. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa dalam DNA dari organisma apapun jumlah

A=T dan C=G. Dengan menggunakan difraksi sinar X diketahui bahwa DNA mempunyai

susunan helix.

Watson dan Crick:

Watson dan Crick menemukan bahwa DNA berbentuk doubel helix. Setiap molekul DNA terdiri

dari dua rantai polinukleotida yang tersusun secara anti paralel membentuk struktur duobel helix.

25

Gambar 18. DNA doubel helix. (a) Pengaturan gula, kelompok fosfat dan basa

dalam DNA. (b) Letak atom-atom dan ikatan-ikatan dalam DNA. Basa-

basa berpasangan dalam posisi mendatar, (c) Diagram yang menunjukkan

DNA dalam konformasi B (Wolf, 1993).

Komponen Penyusun DNA double heliks

1. Dua rantai polinukleotida tersebut tersusun dalam “a coiled double helix”.

2. Rantai gula dan fosfat membentuk rangka luar dari helix.

3. Basa nitrogen-basa nitrogen yang melekat pada gula menonjol ke dalam pusat helix.

4. Jarak antara 2 strand adalah 1,1 nm yang diisi oleh basa nitrogen

5. Jarak antara 2 basa adalah 3,4 A

6. Setiap putaran dalam helix terdapat 10 basa

7. Setiap putaran dalam helix mempunyai jarak 34 A

8. Kedua stran (rantai polinukleotida) anti paralel artinya suatu rantai mempunyai arah yang

berlawanan dengan rantai pasangannya. Misalnya suatu stran berakhir dengan gugus 5

fosfat sedang rantai pasangannya berakhir dengan gugus 3 OH (hidroksil).

9. Kedua rantai polinukleotida komplementer artinya urutan nukleotida pada suatu rantai

menentukan urutan nukleotida pada rantai pasangannya.

10. Antara satu basa nitrogen dengan basa pasangannya dihubungkan oleh ikatan hidrogen.

11. Dua ikatan hidrogen antara A dan T

Tiga ikatan hidrogen antara C dan G

12. Basa nitrogen A hanya dapat berpasangan dengan T, sedangkan C dengan G

26

Gambar 20. Diagram skematis yang menunjukkan ikatan hidrogen antara Adenin

dengan Timin dan antara Guanin dengan Citosin (Wolf, 1993).

D. ISOLASI DNA

Isolasi DNA adalah suatu proses untuk memisahkan DNA dari suatu sel makhluk hidup

baik dari inti, mitokondria maupun kloroplas. Isolasi DNA merupakan langkah yang tepat untuk

mempelajari DNA seperti mengetahui urutan basa purin dan pirimidinnya. Prinsip-prinsip dalam

melakukan isolasi DNA ada dua, yaitu sentrifugasi dan presipitasi. Sentrifugasi merupakan

27

Gambar 19. (a) Ikatan antara nukleotida-nukleotida membentuk asam nukleat dalam DNA dan (b) RNA (Wolf, 1993).

GEN

DNA

teknik untuk memisahkan campuran berdasarkan berat molekul komponennya. Molekul yang

mempunyai berat molekul besar akan berada di bagian bawah tabung dan molekul ringan akan

berada pada bagian atas tabung. Hasil sentrifugasi akan menunjukkan dua macam fraksi yang

terpisah, yaitu supernat pada bagian atas dan pelet pada bagian bawah (Campbell dkk. 2002 :

115). Presipitasi merupakan langkah yang dilakukan untuk mengendapkan suatu komponen dari

campuran (Albert dkk. 1994 : 254)

Isolasi DNA memilika beberapa tahapan, yaitu :

1. Isolasi sel

2. Lisis dinding dan membran sel

3. Ekstraksi dalam larutan

4. Purifikasi

5. Presipitasi

Isolasi sel bertujuan untuk memisahkan sel dari jaringan selanjutnya dinding dan

membran sel dilisis dengan dua cara yaitu mekanik dan enzimatik. Ekstraksi DNA dalam larutan

bertujuan memisahkan DNA dari larutan. DNA yang diperoleh kemudian dipurifikasi untuk

memisahkan DNA dari kontaminan. Tahap terakhir dari isolasi DNA yaitu presipitasi yang

bertujuan untuk mengendapkan DNA dari supernatannya.

Proses isolasi DNA pada umumnya memiliki prinsip isolasi yang hampir sama dengan

cara sentrifugasi dan presipitasi seperti yang dikemukakan Zubaidah (2004) dan Jamilah (2005)

menyatakan bahwa isolasi DNA dapat dilakukan melalui tahapan-tahapan antar lain : preparasi

ekstrak sel, pemurnian DNA dari ekstrak sel dan presipitasi DNA. Secara umum dapat dilihat

pada skema berikut :

ISOLASI DNA

28

Dipecah:Enzim dan mekanik

dilepaskandisuspensi

- saline- EDTA - pemanasan - NaCl- detergen (SDS) - enzim protease

- sentrifugase (10.000g)

Campuran alcohol/etanol/isoamilalkohol dan kromofom (deproteinasi)

Skema 2. Proses Isolasi DNA

Pada tahap awal isolasi DNA, sel dari organisme dipecah (dapat dilakukan secara

mekanik atau menggunakan enzim). Selanjutnya DNA yang diperoleh disuspensikan kedalam

media tertentu lalu diendapakn. Pengendapan DNA dapat dilakukan dengan menggunakan

larutan saline-EDTA, detergen (SDS), NaCl, pemanasan, enzim protase dan sentrifugasi. Pada

tahap selanjutnya ditambahkan campuran yang terdiri dari tiga lapisan yaitu lapisan bawah,

lapisan atas dan lapisan interface (tergantung dari DNA yang diinginkan). Misalnya DNA pada

29

pisang ditemukan pada lapisan interface dan DNA pada darah ditemukan pada lapisan bawah

(saepudin dan siswati, 2011).

Isolasi DNA pada Leukosit

• 300 ml darah+EDTA di+kan ke dalam 900 ml larutan pelisis sel, dibolak-balik sebentar,

lalu diinkubasi 10 menit pada RT sambil sekali-sekali dibolak balik selama inkubasi.

• Campuran kemudian disentrifus dengan kecepatan 13.000 rpm 1 menit.

• Supernatan dibuang, pelet dilisis kembali dengan 600 ml larutan pelisis sel, divorteks

sebentar, lalu disentrifus kembali selama 1 menit, 13.000 rpm.

• Supernatan dibuang, didapatkan pelet berwarna putih yang sudah bebas dari eritrosit.

• Ke dalam mikrotube ditambahkan 300 ml larutan pelisis leukosit dan nukleus, dipipet up

and down sampai homogen.

• Selanjutnya ditambahkan 1,5 ml RNAse, diinkubasi pada suhu 37°C, 15 menit – 1 jam.

• Selanjutnya ditambahkan 100 ml larutan penggumpal protein, divorteks 30 detik sampai

terbentuk butiran-butiran coklat.

• Campuran disentrifus selama 3 menit, 13.000 rpm, sampai terbentuk endapan coklat di

dasar mikrotube.

• Supernatan dipindahkan ke mikrotube baru yang telah diisi dengan 900 ml alkohol

absolut.

• Tabung dibolak balik beberapa kali sampai terlihat benang-benang DNA yang melayang-

layang dalam alkohol.

• Tabung disentrifus 1 menit, 13.000 rpm untuk mengendapkan DNA di dasar tabung.

• Alkohol absolut dibuang, DNA dicuci dengan 900 ml alkohol 70%.

• Tabung disentrifus 1 menit, 13.000 rpm, alkohol dibuang.

30

• DNA dikering anginkan dengan posisi tabung terbalik.

• Setelah DNA benar-benar kering, DNA dilarutkan dalam 100 ml buffer TE atau akuades

steril.

BAB III

PENUTUP

A. KESIMPULAN

1. Gen mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

a. Mengandung informasi genetik.

31

2 3

1 TRANSKRIPSI

TRANSKRIPSI BALIK

DNA mRNA PROTEIN

TRANSLASI

Replikasi

Hal ini dibuktikan dari percobaan Fred Griffith (1928) yang menunjukkan DNA

bakteri dapat memindahkan informasi genetik melalui proses yang disebut

transformasi.

b. Tiap gen mempunyai tugas dan fungsi berbeda.

c. Pada waktu pembelahan mitosis dan meiosis dapat mengadakan duplikasi.

d. Ditentukan oleh susunan kombinasi basa nitrogen.

e. Sebagai materi tersendiri yang terdapat dalam kromosom.

2. Aliran informasi genetik

Skema alur informasi genetik

3. Struktur DNA

Watson dan Crick menemukan bahwa DNA berbentuk doubel helix. Setiap molekul

DNA terdiri dari dua rantai polinukleotida yang tersusun secara anti paralel membentuk

struktur doubel helix.

32

4.

Isolasi DNA

Isolasi DNA merupakan proses pemisahan DNA dari sel baik dari inti sel, mitokondria.

Isolasi DNA dapat dilakukan dengan preparasi ekstrak sel dan pemurnian sel DNA yang

dapat dilakukan dengan cara elektroforesis.

33

Gambar DNA doubel helix. (a) Pengaturan gula, kelompok fosfat dan basa dalam

DNA. (b) Letak atom-atom dan ikatan-ikatan dalam DNA. Basa-basa

berpasangan dalam posisi mendatar, (c) Diagram yang menunjukkan DNA

dalam konformasi B (Wolf, 1993).

DAFTAR PUSTAKA

Elrod, L. Susan & William D. Stansfield. 2002. Schaum’s Outline Teori dan Soal – Soal

Genetika, Edisi Keempat. Erlangga.

Goodenough & Adisoemarto. 1988. Genetika. Jakarta. Erlangga

Griffith, A.J.F; Miller, J.H; Suzuki, D.T; Lewotin R,C and Gelbart,W.M (1993). An Introduction

to Genetic Analysis. 5th. New York; W.H. Freeman dan Company. Pp. 541-543.

Kuchel, Philip & Greorgy B. Ralston. 2006. Schaum’s Easy Outline. Erlangga

Poedjiadi, Anna & Supriyanti, Titin F. M. Dasar – Dasar Biokimia. Jakarta: Universitas

Indonesia Press

Reece, Campbell: Mitchell. (2000). Biologi. Edisi kelima. Erlangga

Stryer, Lubert. 1981. Biochemistry. New York. Freemanand Company

Watson, J.D ; Hopkins, N. H: Robert, J..: Steitz, J.A dnd Weiner, A.M. (1987). Molecular

Biology of The Gene.4th Ed. California The Benjamin/Cummings Publishing Company.

Pp. 571-573

http://google.com/ Expresi Gen (From Gene of Protein) diambil dari Campbell et al (2009),

Biology 8th.

34

INDEKS

1. DNA : Deoxyribo nucleic acid

2. RNA : ribonucleic acid; asam ribonukleat

3. mRNA : messanger RNA sebagai pembawa pesan yang mengagkut informasi dalam sebuah

gen kepada ribosom.

4. tRNA : transfer RNA bertindak sebagai adapter (penyetaraan translasi informasi didalam

rangkaian nukleotida mRNA menjadi asam amino yang spesifik.

5. rRNA : ribosom RNA berfungsi mesin pemmbentukan protein dari cetakan mRNA.

6. Doube Heliks : struktur DNA yang seperti pita ganda, dimana menurut Watson Crick

penempatan satu benang dalam cara 3’ →5’ dalam heliks dan yang lain dalam cara 5’ → 3’.

Basa A dan T dikatakan komplementer demikian juga basa G dan C.

7. Replikasi DNA : pembentukan DNA rangkap ganda yang komplemen satu dengan yang

lainnya dan persis seperti DNA semula.

8. Transkripsi DNA : sintesis RNA dibawah arahan DNA

Untai DNA

Pengkodean → 5’ – T G G A A T T G T G A G C G G A T A A C A A T T T C A C A C – 3’

Cetakan → 3’ –A C C T T A A C A C T C G C C T A T T G T T A A A G T G T G – 5’ Transkip → U G G A A U U G U G A G C G G A U A A C A A U U U C A C A CDNA Ingat: A jadi U; T jadi A; C jadi G pada transkripsi DNA menjadi RNA

9. Translasi DNA : sintesis polipeptida yang terjadi melalui arahan dari mRNA yang terjadi

pada ribosom.

10. Metionin : kodon awal sintesis protein

11. UAA, UAG, UGA : kodon stop.

35

12. Leading strand: sintesis DNA terjadi secara kontinu (terus- menerus) pada arah 5’ → 3’ oleh

DNA polimerase.

13. Lagging strand: disintesis secara tidak kontinu. Primase mensintesis primer RNA pendek,

yang diperpanjang oleh DNA polymerase, membentuk fragmen Okazaki.

14. Polimerase DNA : enzim yang berfungsi mempolimerisasi nukleotida-nukleotida

15. Ligase DNA : enzim yang berperan menyambung DNA utas lagging

16. Primase DNA : enzim yang digunakan untuk memulai polimerisasi DNA pada lagging strand

17. Helikase DNA : enzim yang berfungsi membuka jalinan DNA double heliks.

18. Single strand DNA-binding protein : menstabilkan DNA induk yang terbuka

19. Tempat terjadinya penerjemahan/translasi adalah ribosom yaitu suatu komponen partikel

yang memfasilitasi penggabungan asam amino yang berurutan menjadi rantai polipeptida.

20. Sisi yang terdapat dalam ribosom:

a. sisi P mengikat tRNA yang membawa rangkaian polipeptida,

b. sisi A mengikat tRNA yang membawa asam amino berikutnya yang akan dirangkai,

c. sisi E adalah tempat keluarnya tRNA.

21. Ikatan Fosfodiester: Setiap unit tersebut tersusun dari kelompok fosfat yang berikatan dengan

gula pada atom karbon no. 5 dengan karbon no.3 dari gula berikutnya disebut ikatan

fosfodiester (Wolf, 1993).

22. Ikatan hidrogen antara Adenin dengan Timin dan antara Guanin dengan Citosin (Wolf,

1993).

23. Isolasi DNA adalah suatu proses untuk memisahkan DNA dari suatu sel makhluk hidup baik

dari inti, mitokondria maupun kloroplas.

36