genetika molekuler

23
BAB GENETIKA MOLEKULER PENDAHULUAN Setelah kamu mempelajari Bab 1 hingga Bab 6, sering saudara mendapatkan kata gen. apa sebenarnya gen itu? Dan apa pula yang menyusun gen tersebut? Sebenarnya masih banyak hal- hal yang perlu saudara ketahui lebih mendalam tentang hal tersebut, yaitu dengan mempelajari GENETIKA MOLEKULER. Marilah kita bahas satu persatu permasalahan yang kamu hadapi ini. Untuk itu saudara harus mengenalnya lebih mendalam tentang beberapa hal yaitu: DNA, RNA, mRNA, tRNA, rRNA, DNA ligase, RNA polymerase, ribonuklease, primase, helicase, ribonuclease, CGRP (calcitonin gen related protein), dan masih banyak yang harus saudara pelajari, ini berkaitan dengan gen sebagai pembawa sifat induk kepada keturunannya. Untuk mengetahui lebih banyak tentang hal-hal yang menyangkut genetika molekuler, saudara harus mengikuti beberapa animasi dan beberapa gambar yang ada untuk saudara siasati agar saudara dapat memahami apa fungsinya, dan bagaimana peran serta zat yang terkandung di dalamnya. Untuk menjawab pertanyaan yang ada dapat saudara menggunakan hasil browsing, buku atau hasil diskusi dengan kawan sebaya, untuk hasil jawaban cantumkan asal jawaban tersebut (dari browsing, buku Penunjang, atau hasil diskusi kawan sebaya). Bila digambarkan peta konsep substansi genetika seperti digambarkan pada halaman berikut ini, namun tidak semua kita akan bicarakan hanya bagian-bagian tertentu saja yaitu yang menyangkut genetika molekuler saja. Untuk kami harapkan setelah pelajaran ini mahasiswa dapat memahami faktor-faktor apa yang menyusun secara molekuler dalam bahasan genetika. Jelas hal ini tidak terlepas dengan meteri kimia, Biokimia, dan biologi khususnya. 1

Transcript of genetika molekuler

Page 1: genetika molekuler

BAB

GENETIKA MOLEKULER

PENDAHULUAN

Setelah kamu mempelajari Bab 1 hingga Bab 6, sering saudara mendapatkan kata gen. apa sebenarnya gen itu? Dan apa pula yang menyusun gen tersebut? Sebenarnya masih banyak hal-hal yang perlu saudara ketahui lebih mendalam tentang hal tersebut, yaitu dengan mempelajari GENETIKA MOLEKULER.

Marilah kita bahas satu persatu permasalahan yang kamu hadapi ini. Untuk itu saudara harus mengenalnya lebih mendalam tentang beberapa hal yaitu: DNA, RNA, mRNA, tRNA, rRNA, DNA ligase, RNA polymerase, ribonuklease, primase, helicase, ribonuclease, CGRP (calcitonin gen related protein), dan masih banyak yang harus saudara pelajari, ini berkaitan dengan gen sebagai pembawa sifat induk kepada keturunannya.

Untuk mengetahui lebih banyak tentang hal-hal yang menyangkut genetika molekuler, saudara harus mengikuti beberapa animasi dan beberapa gambar yang ada untuk saudara siasati agar saudara dapat memahami apa fungsinya, dan bagaimana peran serta zat yang terkandung di dalamnya. Untuk menjawab pertanyaan yang ada dapat saudara menggunakan hasil browsing, buku atau hasil diskusi dengan kawan sebaya, untuk hasil jawaban cantumkan asal jawaban tersebut (dari browsing, buku Penunjang, atau hasil diskusi kawan sebaya).

Bila digambarkan peta konsep substansi genetika seperti digambarkan pada halaman berikut ini, namun tidak semua kita akan bicarakan hanya bagian-bagian tertentu saja yaitu yang menyangkut genetika molekuler saja. Untuk kami harapkan setelah pelajaran ini mahasiswa dapat memahami faktor-faktor apa yang menyusun secara molekuler dalam bahasan genetika. Jelas hal ini tidak terlepas dengan meteri kimia, Biokimia, dan biologi khususnya.

1

Page 2: genetika molekuler

Diagram 1: Peta konsep pembelajaran Genetika

2

Page 3: genetika molekuler

KEGIATAN 1

Perhatikan gambar di bawah ini, kemudian Jawablah pertanyaan-pertanyaan yang ada. Pertanyaan-pertanyaan ini untuk membantu memahami materi yang dibahas dan materi ini merupakan prerequisite (prasyarat/kelanjutan) materi berikutnya.

X

3

Page 4: genetika molekuler

GAMBAR: 1.1

PERTANYAAN

Perhatikan gambar 1.1 dan siasati gambar tersebut.

K.1.1: Dimanakah saudara dapatkan secara pasti kromosom tersebut (X yang ditunjuk dengan panah) Jawab : Terdapat pada bagian inti sel

K.1.2: Apa saja yang menyusun kromosom? Jawab : a. DNA b. RNA c. Protein

K.1.3. Apa fungsi dari benda tersebut di dalam tubuh mahluk hidup? Jelaskan jawab saudaraJawab :

Bertanggung jawab dalam hal sifat keturunan (hereditas). Karena kromosom terdiri dari DNA yang menyimpan informasi genetic yang diturunkan ke generasi selanjutnya.

4

X

Page 5: genetika molekuler

KEGIATAN 2.

Perhatikan Gambar 2.1 telaahlah gambar di bawah ini, kemudian Jawablah pertanyaan-pertaanyaan yang ada

GAMBAR: 2.1

K.2.1: Dimanakah gambar 2.1 ini secara pasti saudara temukan di dalam mahluk hidup?Jawab : Berada dalam lokus kromosom di dalam inti sel atau dalam nukleus (inti sel)

K.2.2: Apa fungsinya bagi sel maupun mahluk hidup?Jawab : 1. Komponen penyusun gen, Replikasi dan reparasi DNA, ekspresi gen, pembawa

sifat, keturunan yang khas pada kromosom2. Membawa materi genetik dari suatu generasi ke generasi berikutnya.

K.2.3: Coba tuliskan masing-masing bagian gambar tersebut gambar 2.1 :Jawab : a. Senyawa fosfat : untuk mengikat gula satu dengan gula yang lain.b. Gula pentosa : membentuk rangkaian gula fosfat yang merupakan tulang

punggung atau kekuatan dari struktur double helix DNA c. Basa Nitrogen : terikat pada setiap molekul gula, dapat dibedakan menjadi dua

yaitu : Basa purin dengan struktur ganda adenin (A) dan guanin (G) Basa pirimidin dengan struktur tunggal timin (T) dan Sitosin (S)

5

Page 6: genetika molekuler

Basa nitrogen purin dan pirimidin akan membentuk rangkaian senyawa kimia dengan gula pentosa membentuk nukleosida bersenyawa dengan gugus fosfat membentuk nukleotida yang mempunyai rantai panjang.

Gambar 2.3.

K 2-4

PERHATIKAN ANIMASI 2A-1.

Setelah saudara memperhatikan animasi 2A-1 apa saja yang terlibat di dalam proses

transkripsi sebutkan secara lengkap (K2-4A) ( sebelum memulai animasi klik dulu label agar terbaca

beberapa keterangan) DNA, RNA polimerasi, mRNA

Kode apa yang mengawali dan mengakhiri proses transkripsi (K2-4B)

Manakah yang antisense (anti kodon) dan manakah sense (Kodon) (K2-4C)

Jawaban :

K2-4A DNA double heliks dan RNA polimerase

6

Page 7: genetika molekuler

K2-4B kodon start (AUG) dan kodon stop (UGA, UAG, UAA)

K2-4C * Kodon yaitu DNA (ungu atas)* Antikodon adalah komplementer DNA tersebut (biru bawah)

K 2-5

PERHATIKAN ANIMASI 2A-2 ;

PERHATIKAN ANIMASI 2A-3

PERHATIKAN ANIMASI 2A-4

Perhatikan animasi 2A-2 setelah itu Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini.

Apa beda proses pada prokariotik dan eukariotik? Sebutkan zat apa yang terlibat? (K2-5A)

Jelaskan proses sejak awal hingga akhir secara rinci masing –masing proses pada pro dan eu. (K2-5B)

Bandingkan proses dengan animasi 2A-3, apa yang dapat saudara simpulkan (K2-5C)

Dari animasi 2A-4. Faktor apa yang menyebabkan terjadi atau tidak terjadinya produksi protein? (K2-

5D)

JAWABAN :

K2-5A

Prokariotik : proses transkripsi dan translasi terjadi di sitoplasma.

* Karakteristik : tanpa selubung nuclear, transkripsi tidak lengkap, tanpa intron dan ekson,

menghasilkan banyak protein.

Eukariotik : proses transkripsi terjadi di dalam nukleus. Sedangkan proses translasi terjadi di

sitoplasma.

* Karakteristik : dengan selubung nuclear, transkripsi lengkap, ada intron dan ekson,

menghasilkan 1 protein.

Zat yg terlibat antara lain RNA polimerase, ribosom dan polipeptida

K2-5B

Proses sejak awal hingga akhir pada :

Prokariotik : RNA polimerase menempel pada DNA, sehingga DNA membuka dan menghasilkan

mRNA. Ribosom sub unit kecil dan besar menempel pada mRNA. mRNA yang terbentuk membawa

informasi genetik menuju ribosom kemudian diterjemahkan menjadi protein (polipeptida).

Eukariotik : RNA polimerase menempel pada DNA, sehingga DNA membuka dan

7

Page 8: genetika molekuler

menghasilkan mRNA. Ribosom sub unit kecil dan besar menempel pada mRNA lalu selanjutnya

menghasilkan polipeptida. Tetapi pada mRNA sebelum menuju ke sitoplasma akan mengalami

proses pemotongan intron dan penggabungan ekson. Kemudian mRNA keluar dari nukleus

menuju sitoplasma. Di sitoplasma, mRNA bertemu dengan ribosom sub unit kecil dan besar

sehingga menghasilkan protein spesifik.

K2-5C

Pada animasi ini, berbeda dengan eukariotik sebelumnya. Setelah membentuk gabungan ekson,

ekson memunculkan 2 hasil yang berbeda yaitu calcitonin dan CGRP. Lalu setelah rangkaian ekson 5’

3’ keluar, tRNA dengan ribosom menempel pada mRNA. Asam amino menempel pada tRNA

menghasilkan rangkaian asam amino menjadi protein.

K2-5D

Faktor terjadinya produksi protein adalah karena adanya laktosa. Adanya laktosa menyebabkan lac

operon tidak dapat berikatan dengan active site untai DNA, sehingga RNA polimerase dapat

mengkopi sekuen gen dari DNA dan terbentuk mRNA yang akan ditranskripsi sehingga menghasilkan

protein tertentu. Sementara itu ketika lactose tidak ada, maka lac operon dapat berikatan dengan

active site pada untai DNA sehingga RNA Polimerase tidak dapat mengkopi sekuen gen DNA yang

mengakibatkan tidak menghasilkan mRNA dan protein yang dibutuhkan tidak dapat dihasilkan.

8

Hidrogen

Page 9: genetika molekuler

Gambar 2.3

K.2.4. : Bandingkan Gambar 2.1 dan Gambar 2.3.

Yang tertulis pada gambar 2.1 A, T, G, dan S coba saudara gambarkan bangun kimianya berdasarkan gambar 2.3.

9

Basa nitrogen

Adenin, Sitosin, Timin, Guanin

deoksiribosaFosfat

Page 10: genetika molekuler

K.2.4a. A ( singkatan dari : Adenin )

Gambar Bangun kimia A

K.2.4.b. T (singkatan dari : Timin )

Gambar Bangun kimia T

10

H

H

N

N

NN

N

H

O

NN

OH

CH2

Page 11: genetika molekuler

K.2.4.c. G (singkatan dari Guaniin)

Gambar Bangun kimia G

K.2.4.d. S/C (singkatan dari : Sitosin )

Gambar Bangun kimia S/C

K.2.5 : Manakah yang termasuk kelompok Purin? Jawab : Adenin dan guanin

K.2.6 : Manakah yang termasuk kelompok Pirimidin? Jawab : Sitosin dan timin

11

H

H

N

NN

N

N

O

O

NN

N

H

H

H

Page 12: genetika molekuler

K.2.7 : Dari hasil jawaban K.2.4 a hingga K.24.d yang kamu gambar apakah perbedaan kelompok Purin dan Pirimidin tentang bangun kimianya?Jawab : Basa purin dengan struktur cincin ganda Basa pirimidin dengan struktur cincin tunggal

KEGIATAN 3.Pada kegiatan 3 ini saudara diharuskan melihat beberapa animasi tentang kegiatan

kromosom atau DNA maupun RNA. Untuk itu saudara untuk mengidentifikasi seluruh bagian yang terlibat maupun proses yang terjadi. Kemudian saudara menuliskan tahapan-tahapan proses yang terjadi, di samping saudara untuk menjelaskan nama bagian-bagian fungsinya masing-masing.

PERHATIKAN ANIMASI BERIKUT 3-1 PERHATIKAN ANIMASI 3-2

Apa saja yang terlibat di dalam proses replikasi pada animasi 3-1 dan 3-2? Sebutkan seluruhnya. (K3-1) Sebutkan fungsi masing-masing yang terlibat pada proses replikasi tersebut (K3-2)Uraikan secara urut langkah-langkah proses replikasi ? dan apa tujuan terjadinya proses replikasi? (K3-3)

JAWABAN :(K3-1)

Yang terlibat dalam proses animasi K3-1 antara lain enzim helikase, DNA polimerase, Deoxyribonucleotides, DNA ligase, RNA primer, RNA primase dan DNA polimerase

(K3-2) Fungsinya antara lain :

Enzim helikase untuk mempermudah membuka rantai ganda DNA menjadi dua buah rantai tunggal

RNA Primase : menempel pada RNA dan mensintesis RNA primer pendek DNA polymerase I : menggantikan DNA polymerase III, menghilangkan RNA dan

menggantiknya dengan DNA DNA polymerase III : menambah deoxyribonukleotida pada 3’ dari RNA primer DNA ligase : membentuk ikatan pospodiester antara 3’OH dari rantai yg berkembang dan

5’ fosfat di depannya

(K3-3) Langkah-langkah proses replikasi :

Replikasi DNA dimulai ketika heliklase membuka ruas DNA dan memecah ikatan hidrogen disamping dua helai yang saling melengkapi pada DNA. DNA polimerase hanya dapat menambah nukleotida baru pada 3’ bebas dari rantai yg sedang berkembang. Sintesis dari satu helai DNA, disebut helai utama, terus berjalan kea rah 5’ dan 3’. Sintesis dari helai

12

Page 13: genetika molekuler

pelengkap, disebut helai tertinggal, lebih lengkap. DNA polimerase dapat menambah deoxyribonukleotida baru hanya pada 3’ OH bebas. Untuk memberikan 3’ OH bebas titik permulaan pada helai tertinggal, RNA primase menempel pada DNA dan mensintesis RNA primer pendek. DNA polimerase III kemudian menambah deoxyribonukleotida pada 3’ dari RNA primer. DNA polimerase I menggantikan DNA polimerase III, menghilangkan RNA dan menggantikannya dengan DNA. Akhirnya enzim ligase DNA membentuk ikatan pospodiester antara 3’OH dari rantai yg berkembang dan 5’ fosfat di depannya. Selama replikasi DNA, helai utama disintesis terus menerus ketika helai tertinggal disintesis tidak terus menerus.

Tujuan proses replikasi adalah menyalin informasi genetik.

KEGIATAN 3-4 (K3-4)

PERHATIKAN ANIMASI 3-3, PERHATIKAN ANIMASI 3-4 PERHATIKAN ANIMASI 3-5

a) Perhatikan tayangan animasi 3-3. Proses apakah tersebut ?K3.4.a Jawaban : mitosis

b). Pada waktu Metafase berapa jumlah kromosom sel tersebut? (K3.4.b) Jawaban : ada 4 kromosom

c). Setelah masuk ke Anafase berapa jumlah kromosom sel tersebut, mengapa jumlahnya tidak sama, demikian proses apa yang terjadi? (K3.4.c) Jawaban : terdapat 4 kromosom di daerah equator terpisah tertarik benang gelendong menuju kutub-kutub.

d) Berapa jumlah kromosom tiap sel anak?K3.4.d Jawaban : 2 kromosom

e) Apakah kromosom tiap sel anak yang dikandung sama?K3.4.e Jawaban : iya

f) Apakah sama bentuk sel anak? K3.4.f Jawaban : SAMA/TIDAK SAMA (CORET SALAH SATU)

g) Bila tidak sama, mengapa bisa terjadi demikian? K3.4.g Jawaban : -

13

Page 14: genetika molekuler

h) Bila sama mengapa demikian?K3.4.h Jawaban : karena pada saat proses meiosis membelah sejumlah sel yang sama

Perhatikan tayangan animasi 3-4. Proses apakah tersebut?

a) K3.5.a Jawaban :………….. (ANIMASI TIDAK ADA)

b) Berapa jumlah kromosom sel induk?K3.5.b Jawaban :……………..

c) Apakah kromosom tiap sel anak yang dikandung sama?K3.5.c Jawaban :

d) Apakah sama bentuk sel anak? K3.5.d Jawaban : SAMA/TIDAK SAMA (coret salah satu)

e) Bila tidak sama, mengapa bisa demikian?K3.5.e Jawaban :

f) Bila sama mengapa demikian?K3.5.f Jawaban :

Perhatikan tayangan animasi 4-1. Proses apakah tersebut?

a). K4-1.a jawab : spermatogenesis

b) Berapa jumlah kromosom sel induk?

K4-1.b Jawaban : 46

c) Apakah kromosom primary spermatocyt, mengapa dapat sama dengan germ

cell?

K4-1.c Jawaban : yaitu spermatosit primer. Karena germ cell terbagi juga menjadi

speratogonium

d) Berapa jumlah kromosom masing-masing secondary spermatocyt? K4-1.d Jawaban : 23

e) Berapa jumlah kromosom masing-masing spermatid? K3.5.e Jawaban : 23

f) Apakah bentuk germ cell dengan sperm sama ? K3.5.f Jawaban : tidak

14

Page 15: genetika molekuler

BAB 7aGENETIKA MOLEKULER

PENDAHULUAN

Setelah kamu mempelajari Bab GENETIKA MOLEKULER, saudara sudah mendapatkan beberapa kata yang Berkaitan dengan proses-proses yang ada dalam kromosom maupun dalam DNA/gen. Untuk lebih mendalami lagi tentang proses-proses yang ada di dalam DNA dan beberapa rekayasa genetika perlu saudara mengikuti seluruh kegiatan pada modul ini

Marilah kita bahas satu persatu permasalahan yang kamu hadapi ini. Seperti pada modul INI saudara harus mengikuti beberapa animasi agar saudara memahami proses yang terjadi dan komponen-komponen apa saja yang terlibat. Di samping itu saudara harus juga dapat mengemukakan proses secara mendatil. Untuk menjawab pertanyaan yang ada dapat saudara menggunakan hasil browsing, buku atau hasil diskusi dengan kawan sebaya, untuk hasil jawaban cantumkan asal jawaban tersebut (dari browsing, buku Penunjang, atau hasil diskusi kawan sebaya).

Sekian selamat belajar mandiri dan semoga saudara mendapatkan ilmu yang sangat berguna ini, sebab biomolekuler sekarang merupakan ilmu yang perkembangannya sangat pesat karena menyentuh kehidupan manusia secara langsung.

KEGIATAN 1.

Perhatikan animasi berikut ini, kemudian saudara jawab setiap pertanyaan yang ada.

ANIMASI 1.

Kegiatan 1.1: Urutan GAATTC merupakan urutan apa yang ada di dalam DNA? Jawab : retriction endonuclease EcoRl

Kegiatan 1.2: Apa gunanya retriction endonuclease dalam proses tersebut? Jawab : Gunanya adalah untuk melengkapi rantai yang lain

Kegiatan 1.3: Apa gunanya DNA ligase dalam proses tersebut? Jawab : membentuk kembali ikatan phosphodiester DNA

Kegiatan 1.4: Sebenarnya kegiatan tersebut untuk apa dalam sel? Jawab : Untuk mensintesis protein

Kegiatan 1.5: Perhatikan gambar di bawah ini

15

Page 16: genetika molekuler

1.5a. Apa perbedaan ujung-ujung potongan dari retriction endonuclease: Alul, Haelll dengan BamHl, Hindlll, Ecoril.

1.5.b. Disebut apa ujung-ujung potongan dari retriction endonuclease: Alul, Haelll:Jawab : potongan lurus

Disebut apa ujung-ujung potongan dari retriction endonuclease BamHl, Hindlll, Ecoril: Jawab : potongan lancip

Kegiatan 2: Perhatikan bagaimana kemampuan DNA untuk memperbaiki diri dari kerusakan kecil.

ANIMASI 2.1

Kegiatan 2.1: Apa yang menyebabkan terjadinya kerusakan DNA? Jawab : Cahaya ultraviolet

Kegiatan 2.2: Bagaimana cara sel memperbaiki kerusakan DNA dan enzim apa saja yang berperan? Jawab : DNA polimerase menggantikan nukleotida yang terpotong. Enzimnya adalah photolyase, excision enzyme

Kegiatan 2.3: Apa yang dilakukan oleh DNA ligase? Terangkan dengan jelas.

16

Page 17: genetika molekuler

Jawab : DNA ligase membentuk ikatan phosphodiester.

KEGIATAN 2.4. Perhatikan gambar di bawah ini

K 2.4.1.Setelah terjadi penggabungan kedua DNA apa yang masih kurang dari penggabungan itu tersebut? Jawab : hidroksil

K 2.4.2 Untuk DNA menjadi utuh kembali, enzim apakah yang berperan dapat menggabungkan secara utuh? Jawab : Restriction enzyme

K 2.4.3. Setelah tergabung secara sempurna apakah yang dihilangkan dan apakah yang menggabung dari DNA? Jawab : OH

ANISMASI 3 (steps in cloning a gene)

KEGIATAN 2.5 Setelah mengamati animasi 2 jawablah pertanyaan di bawah ini

17

Page 18: genetika molekuler

K 2.5.1 Enzim apakah yang digunakan untuk memotong DNA yang ada pada animasi 2? Beri alasan jawaban saudara! Jawab : Restriction enzymes digunakan dalam pemotongan hasil pada urutan spesifik DNA.

K 2.5.2 Apa nama ujung potongan DNA tersebut? Beri alasan saudara. Jawab : Sticky end (ujung menempel) karena mampu menyatu denganDNA yang telah berfragmentasi dengan restriction enzin yang sama.

DNASizes of Fragments (bp)

Uncut DNA 900DNA cut with EcoRI 700, 200DNA cut with HindIII 600, 300

DNA cut with BamHI 500, 350, 50

DNA cut with EcoRI + HindIII 600, 200, 100

DNA cut with EcoRI + BamHI 500, 200, 150, 50

DNA cut with HindIII + BamHI 500, 250, 100, 50

K 2.5.4 Below is a plasmid with restriction sites for BamHI and EcoRI. Several restriction digests were done using these two enzymes either alone or in combination. Setelah Dipotong dengan enzym EcoRI plasmid akan terpotong menjadi satu potongan. Potongan tersebut memiliki Kb sebesar 20 Kb. Setelah di running dalam agarosa untuk melihat band maka yang tampak pada lane II yaitu sejajar dengan markernya ( lane I 20 Kb)

Coba saudara jawab pertanyaan a, b, dan c di bawah ini setelah mensiati gambar DNA plasmid pGEN 101 dengan bagian-bagian tempat pemotongan enzym yang sudah ada.

18

Page 19: genetika molekuler

a. Which lane shows a digest with Bam HI only? Explain your reasoning

b. Which lane shows a digest with Hind III only? Explain your reasoning

c. Which lane shows a digest with Bam HI and EcoRI only? Explain your reasoning

ANIMASI 2.2.3

ANIMASI 2.2.4

K 2.5.5 Perhatikan animasi 2.2.3 dan 2.2.4 kemudian Bandingkan dengan ppt Kuliah PCR genetika. Apakah ada hubungan dengan K 2.5.4 jelaskan jawaban saudara.

K 2.5.6. Apakah kegunaan PCR masa kini? Jelaskan jawab saudara. Untuk mendeteksi penyakit TBC, virus dengue, kuman malaria, sel kanker dan lain-lain.

SELAMAT BEKERJA

19