MODUL 3

BIOPSIKOSOSIOKULTURAL

LABORATORIUM BIOKIMIA

KROMOSOM DAN GEN KROMOSOM

adalah struktur benang dalam inti sel yang bertanggung jawab dalam hal sifat keturunan (hereditas). Kromosom adalah struktur padat yang terdiri dari dua komponen molekul, yaitu protein dan DNA.

Struktur Kromosom Kromosom terdiri dari kromatid (tangan kromosom), sentromer, dan kromomer.

GEN adalah "substansi hereditas" yang terletak di dalam kromosom.

Gen bersifat antara lain :- Sebagai materi tersendiri yang terdapat dalam kromosom.- Mengandung informasi genetika.- Dapat menduplikasikan diri pada peristiwa pembelahan sel.

Sepasang kromosom adalah "HOMOLOG" sesamanya, artinya mengandung lokus gen-gen yang bersesuaian yang disebut ALELA.

LOKUS adalah lokasi yang diperuntukkan bagi gen dalam kromosom.ALEL GANDA (MULTIPLE ALLELES) adalah adanya lebih dari satu alel pada lokus yang sama.

PERANAN KROMOSOMKromosom berperan dalam pewarisan sifat

karena di dalam kromosom terdapat lokus yang menyimpan DNA (tempat penyimpanan informasi genetik).

JENIS KROMOSOM Dikenal dua macam kromosom yaitu: Berdasarkan fungsinya, kromosom

dibedakan atas :1. Autosom / kromosom tubuhKromosom yang tidak ada hubungannya dengan penentuan jenis kelamin.Penulisannya dilambangkan dengan simbol huruf A2. Kromosom seks/Gonosomkromosom yang menentukan jenis kelamin. terdiri atas kromosom X dan kromosom Y

BENTUK KROMOSOMBerdasarkan letak sentromer pada lengan

kromatid, ada empat bentuk kromosom, yaitu: a) kromosom metasentrik sentromernya teletak tepat ditengah-tengah

kromosomb) kromosom submetasentrik sentromernya terletak diatas tengah2 kromosomc) kromosom akrosentrik sentromernya terletak dekat ujung kromosomd) kromosom telosentrik. sentromernya terletak diujung kromosom.

KELAINAN PADA KROMOSOM

Keabnormalan Numerik Keabnormalan Numerik (Aneuploidi) didefinisikan sebagai jumlah abnormal kromosom.

Keabnormalan Struktural didefinisikan sebagai bentuk kromosom yang abnormal.

KEABNORMALAN STRUKTUR KROMOSOM

Delesi Delesi adalah mutasi kromosom di mana sebagian dari kromosom hilang.

Delesi menyebabkan hilangnya materi genetik. Contoh kelainan: Wolf- Hirschhorn syndrome

Duplikasi Duplikasi adalah mutasi kromosom di mana sebagian kromosom terduplikat sehingga ada materi genetik tambahan. Contoh kelainan: Charcot-Marie-Tooth tipe 1A

Translokasi Translokasi merupakan mutasi kromosom di mana sebagian dari salah satu kromosom ditransfer ke kromosom lain Ada dua macam translokasi: translokasi resiprok dan translokasi Robertsonian

Inversi Inversi merupakan mutasi kromosom di mana sebagian dari kromosom rusak, terbalik dan tersambung kembali. Materi genetik menjadi terbalik (terinversi).

Rings Rings adalah mutasi kromosom di mana kedua lengan kromosom membentuk lingkaran cincin. Dapat terjadi disertai atau tanpa disertai kehilangan materi genetik

Isokromosom Isokromosom adalah mutasi kromosom yang terbentuk dengan mengkopi cerminan segmen kromosom termasuk sentromer

KELAINAN AKIBAT KEABNORMALAN KROMOSOM

Berbagai kelainan yang disebabkan oleh keabnormalan kromosom: Cri du Chat Wolf-Hirschhorn syndrome Down syndrome Edwards syndrome Patau syndrome Idic15 Jacobsen syndrome Klinefelter syndrome Turner syndrome XYY syndrome Tripe-X syndrome

PENJELASANCri du Chat Bayi yang terkena sindrom ini

mengeluarkan suara yang mirip dengan kucing. Wolf-Hirschhorn Syndrome Disebut juga sindrom

delesi 4p ata sindrom 4-p. Disebabkan delesi lengan pendek kromosom 4.

Down Syndrome Disebut juga trisomi 21. Disebabkan kelebihan kromosom 21. Umumnya memiliki keterbelakangan mental, tulang kepala yang asimetris, dan tubuh pendek.

Klinefelter Syndrome Klinefelter syndrome adalah kondisi akibat aneuploidi kromosom. Individu yang terkena kelainan ini memiliki sedikitnya dua kromosom X dan sedikitnya satu kromosom Y.

Turner Syndrome Turner Syndrome adalah kelainan kromosom yang terjadi pada perempuan di mana salah satu kromosom X absen sehingga perempuan tersebut hanya memiliki satu kromosom X.

Penderita Turner Syndrome Salah satu gelaja Turner Syndrome adalah adanya kelebihan daging di antara leher dan pundak.

DNA DNA adalah singkatan dari asam

deoksiribonukleat yaitu suatu protein yang berfungsi sebagai pembawa informasi genetik yang diturunkan ke generasi selanjutnya.

DNA mempunyai 2 basa nitrogen yaitu Purin

○Adenine A○ Guanine G

Primidin○ Cytosin/Sitosin C○ Thymine/Timin T

Basa Adenin (A) selalu berpasangan dengan Basa Timin (T) dan Basa Guanin selalu bepasangan dengan Basa Citosin/sitosin (S/C)

FUNGSI DNA DNA harus mampu menyimpan informasi

genetik dan dengan tepat dapat meneruskan informasi tersebut dari tetua kepada keturunannya, dari generasi ke generasi. Fungsi ini merupakan fungsi genotipik, yang dilaksanakan melalui replikasi.

DNA harus mengatur perkembangan fenotipe organisme. Artinya, materi genetik harus mengarahkan pertumbuhan dan diferensiasi organisme mulai dari zigot hingga individu dewasa. Fungsi ini merupakan fungsi fenotipik, yang dilaksanakan melalui ekspresi gen.

STRUKTUR DNA dan RNADNA merupakan polimer yang terdiri dari tiga

komponen utama, yaitu gugus fosfat, gula deoksiribosa, dan basa nitrogen. Sebuah unit monomer DNA yang terdiri dari ketiga komponen tersebut dinamakan nukleotida, sehingga DNA tergolong sebagaipolinukleotida

RNA juga sama seperti DNA tetapi yang membedakan hanya terletak pada gula nya saja, kalau DNA (gula Deoksiribosa) sedangkan gula pada RNA adalah ( gula ribosa).

DNA sewaktu-waktu harus dapat mengalami perubahan sehingga organisme yang bersangkutan akan mampu beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang berubah. Tanpa perubahan semacam ini, evolusi tidak akan pernah berlangsung. Fungsi ini merupakan fungsi evolusioner, yang dilaksanakan melalui peristiwa mutasi.

RNA RNA menerjemahkan informasi dari DNA sehingga dapat

dimengerti oleh sel untuk di sintesis. RNA juga mempunyai 2 basa seperti DNA yaitu : Purin

○ Adenine A○ Guanine G

Primidin○ Cytosine C○ Uracil U

Sama seperti DNA Basa RNA seperti Adenin (A) berpasangan dengan Urasil (U) dan Basa Guanin (G)Berpasangan Dengan Sitosin (S/C)

Basa DNA dan RNA yang berbeda pada Basa Primidin yaitu DNA ( Timin (T)) sedangkan RNA (Urasil (U)).

JENIS-JENIS RNA RNA dapat dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu

RNA genetik dan RNA non-genetik.1. RNA genetikRNA genetik memiliki fungsi yang sama dengan DNA, yaitu sebagai pembawa keterangan genetik. RNA genetik hanya ditemukan pada makhluk hidup tertentu yang tidak memiliki DNA, misalnya virus. Dalam hal ini fungsi RNA menjadi sama dengan DNA, baik sebagai materi genetik maupun dalam mengatur aktivitas sel.2. RNA non-genetikRNA non-genetik tidak berperan sebagai pembawa keterangan genetik sehingga RNA jenis ini hanya dimiliki oleh makhluk hidup yang juga memiliki DNA. Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA non-genetik dibedakan menjadi mRNA, tRNA, dan rRNA.

MACAM RNA non-genetik 1) mRNA (messenger RNA) atau ARNd

(ARN duta)mRNA merupakan RNA yang urutan basanya

komplementer (berpasangan) dengan salah satu urutan basa rantai DNA. RNA jenis ini merupakan polinukleotida berbentuk pita tunggal linier dan disintesis oleh DNA di dalam nukleus. mRNA bertindak sebagai pola cetakan pembentuk polipeptida.

Adapun fungsi utama mRNA adalah membawa kode-kode genetik dari DNA di inti sel menuju ke ribosom di sitoplasma

2) tRNA (transfer RNA) atau ARNt (ARN transfer)

RNA jenis ini dibentuk di dalam nukleus, tetapi menempatkan diri di dalam sitoplasma. tRNA merupakan RNA terpendek dan bertindak sebagai penerjemah kodon dari mRNA.

Fungsi lain tRNA adalah mengikat asam-asam amino di dalam sitoplasma yang akan disusun menjadi protein dan mengangkutnya ke ribosom. Bagian tRNA yang berhubungan dengan kodon dinamakan antikodon.

3) rRNA (ribosomal RNA) atau ARNr (ARN ribosomal)

RNA ini disebut ribosomal RNA karena terdapat di ribosom meskipun dibuat di dalam nukleus. RNA ini berupa pita tunggal, tidak bercabang, dan fleksibel.

Fungsi dari RNA ribosom adalah sebagai mesin perakit dalam sintesis protein yang bergerak ke satu arah sepanjang mRNA.

PERBEDAAN DNA DAN RNADNA (Deoxyribo Nukleat Acid) RNA (Ribo Nukleat Acid)

-    Letak Dalam inti sel, mitokondria, kloroplas, senriol.

Dalam inti sel, sitoplasma dan ribosom.

-    Bentuk Polinukleotida ganda yang terpilin panjang Polinukleotida tunggal dan pendekl

-    Gula Deoxyribosa Ribosa

-    Basanya Golongan purin : adenine dan guanine Golongan pirimidin : cytosine dan timin

Golongan purin : adenine dan guanine Golongan pirimidin : cytosine dan urasil

-    Fungsi -          mengontrol sifat yang menurun -          sintesis protein

-          sintesis RNA

-       sintesis protein

-    Kadarnya Tidak dipengaruhi sintesis protein. Letak basa nitrogen dari kedua pita ADN saling berhadapan dengan pasangan yang tetap yaitu Adenin selalu berpasangan dengan Timin, Cytosin dengan Guanin. Kedua pita itu diikatkan oleh ikatan hidrogen.

Dipengaruhi sintesis protein. Macam ARN :

ARN duta

ARN ribosom

ARN transfer

REPLIKASI DNA Pada replikasi DNA, rantai DNA baru

dibentuk berdasarkan urutan nukleotida pada DNA yang digandakan. Replikasi merupakan proses pelipatgandaan DNA. Proses replikasi ini diperlukan ketika sel akan membelah diri. Pada setiap sel, kecuali sel gamet, pembelahan diri harus disertai dengan replikasi DNA supaya semua sel turunan memiliki informasi genetik yang sama.

REPLIKASI DNA MELIBATKAN :

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

Garpu replikasi/Growing ForkLeading strand: sintesis DNA terjadi secara

kontinuLagging strand: sintesis DNA terjadi melalui

pembentukan utas-utas pendek

LANGKAH REPLIKASI DNAA. Sebelum melakukan replikasi, molekul induk

mempunyai dua untai DNA komplementer atau cetakan.

b. Langkah pertama dalam replikasi adalah pemisahan kedua untai DNA , oleh DNA polimerase

c. Setiap untai yang lama berfungsi sebagai cetakan yang menetukan urutan nukleotida terpasang untai komplementer yang baru yang sesuai dengan dibantu oleh RNA polimerase.

d. Nukleotida baru tersebut disambung satu sama lain untuk membentuk tulang belakang gula fosfat dari untaian baru

TRANSKRIPSI

Proses pengkopian/penyalinan molekul DNA menjadi utas RNA yang komplementer.

Melibatkan RNA Polymerase

TAHAP TRANSKRIPSI

1.Inisiasi :

-enzim RNA polymerase menyalin gen -pengikatan RNA polymerase terjadi pada

tempat tertentu yaitu tepat didepan gen yang akan ditranskripsi. -tempat pertemuan antara gen (DNA) dengan RNA polymerase disebut promoter.

-kemudian RNA polymerase membuka double heliks DNA.

-salah satu utas DNA berfungsi sebagai cetakan.

2. Elongasi :

Enzim RNA polymerase bergerak sepanjang molekul DNA, membuka double heliks dan merangkai ribonukleotida ke ujung 3’ dari RNA yang sedang tumbuh.

3. Terminasi :

Terjadi pada tempat tertentu. Proses terminasi transkripsi ditandai dengan terdisosiasinya enzim RNA polymerase dari DNA dan RNA dilepaskan.

• Bagian dari molekul DNA (gene) terbuka pilinannya sehingga basa-basanya terekspos.

• Nukleotida mRNA bebas, di dalam nukleus berpasangan basa-basanya dengan satu utas molekul DNA yang telah terbuka pilinannya.

• mRNA dibuat dengan bantuan RNA polymerase. Enzim ini menyatukan nukleotida mRNA untuk membuat utas mRNA.

• Utas mRNA ini bersifat komplementer terhadap DNA (gen)

• mRNA meninggalkan nukleus menuju sitoplasma melalui pori nuklear

Translasi / sintesis protein-Proses penerjemahan kodon-kodon pada

mRNA menjadi polipeptida.

-Kode genetik merupakan aturan yang penting

-Urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugus tiga – tiga. Setiap gugus tiga disebut kodon.

-Dalam translasi, kodon dikenali oleh lengan antikodon yang terdapat pada tRNA

TAHAP TRANSLASIInisiasi.

Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unit kecil ke mRNA.

Ribosom bergeser ke arah 3’ sampai bertemu dengan kodon AUG. Kodon ini menjadi kodon awal. Asam amino yang dibawa oleh tRNA awal adalah metionin.

Elongation.

Tahap selanjutnya adalah penempelan sub unit besar pada sub unit kecil menghasilkan dua tempat yang terpisah . Tempat pertama adalah tempat P (peptidil) yang ditempati oleh tRNA yang membawa metionin.

Tempat kedua adalah tempat A (aminoasil) yang terletak pada kodon ke dua dan kosong

Terminasi.

Proses translasi akan berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA, UAG, UGA.

Kodon-kodon ini tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang sesuai.

Selanjutnya masuklah release factor (RF) ke tempat A dan melepaska rantai polipeptida yang terbentuk dari tRNA yang terakhir. Kemudian ribosom pecah menjadi sub unit kecil dan besar.

HASIL DARI TRANSLASI

ELEKTROFORESES

Elektroforesis adalah suatu teknik yang mengukur laju perpindahan atau pergerakan partikel-partikel bermuatan dalam suatu medan listrik.  Prinsip kerja dari elektroforesis berdasarkan pergerakan partikel-partikel bermuatan negatif (anion), dalam hal tersebut DNA, yang bergerak menuju kutub positif (anode), sedangkan partikel-partikel bermuatan positif (kation) akan bergerak menuju kutub negatif (anode) (Klug & Cummings 1994: A-6).

ELEKTROFORESIS

Hasil elektroforesis yang terlihat adalah terbentuknya band yang merupakan fragmen DNA hasil amplifikasi dan menunjukkan potongan-potongan jumlah pasangan basanya (Klug & Cummings 1994: 397).

Teknik elektroforesis mempergunakan medium yang terbuat dari gel.  Perpindahan partikel pada medium gel tersebut dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti ukuran partikel, komposisi dan konsentrasi gel, densitas muatan, kuat medan listrik dan sebagainya.

Elektroforesis digunakan dengan tujuan untuk mengetahui ukuran dan bentuk suatu partikel baik DNA, RNA dan protein. Elektroforesis dalam bidang genetika, digunakan untuk mengetahui ukuran dan jumlah basa yang dikandung suatu sekuen DNA tertentu (Klug & Cummings 1994: A-7). Elektroforesis dalam bidang genetika, digunakan untuk mengetahui ukuran dan jumlah basa yang dikandung suatu sekuen DNA tertentu (Klug & Cummings 1994: A-7).

Polymerase chain reaction (PCR)

Polymerase chain reaction (PCR) adalah suatu proses pembentukan cetakan DNA secara berulang kali dengan menggunakan prosedur dan waktu yang tertentu. PCR menggunakan teknik amplifikasi (perbanyakan) secara spesifik pada suatu segmen DNA secara in vitro dengan menggunakan DNA polimerase, cetakan (template), DNA genom, dan primer oligonukleotida

Prinsip dasar dari teknik PCR tersebut merupakan adanya enzim DNA polimerase yang digunakan untuk membuat cetakan dari segmen DNA yang diinginkan (Wolfe 1993: 137).

PROSES DALAM PCR

Proses PCR terdiri dari 3 tahapan, yaitu:1.  Denaturasi

adalah proses penguraian materi genetik (DNA/RNA) dari bentuk heliksnya yang dipisahkan dengan suhu 90-96oC.

2.  Annealing (pelekatan) atau hibridisasiadalah suatu proses penempelan primer ke DNA template yang sekarang hanya dalam satu untai.

3.  Polimerisasi (sintesis)adalah suatu proses pemanjangan rantai DNA baru yang dimulai dari  primer.

Aplikasi dari PCR yaitu:1. Mendeteksi penyakit yang dapat menginfeksi,

variasi dan mutasi dari gen (Powledge 2001: ?).2. Untuk mengetahui hubungan kekerabatan antar

spesies atau untuk mengetahui dari mana spesies tersebut berasal (Powledge 2001: ?).

3. DNA atau RNA yahg telah dianalisis dengan menggunakan teknik PCR digunakan untuk meneliti penerapannya dalam bidang klinik dan obat-obatan forensik, mengembangkan teknik-teknik dalam bidang genetika dan untuk mendiagnosa (Davis et al. 1994: 114).

4. Untuk membuat cDNA library, yaitu sebuah set dari hasil kloning yang mewakili sebanyak mungkin mRNA dari suatu tipe sel tertentu dengan waktu tertentu. Pembuatan cDNA library tersebut menggunakan teknik Transverse Replication PCR (Weaver 1999: 80).