MATERI GENETIK Rev

Materi Genetik (Adnan UNM. 2005) 1

MATERI GENETIK

Adnan (UNM, 2005)

A. KOMPOSISI KIMIA

Bila suatu DNA atau RNA mengalami hidrolisis, baik secara kimiawi maupun secara

enzimatis, akan diperoleh tiga komponen utama penyusunnya yaitu basa nitrogen, gula

pentosa dan asam fosfat.

1. Basa Nitrogen

Ada dua kelompok basa yang menyusun DNA atau RNA yaitu basa pirimidin dan

basa purin. Basa purin terdiri atas adenin (A), dan guanin (G)., dijumpai baik pada DNA

maupun pada RNA. Basa pirimidin terdiri atas sitosin (C ), Timin (T) dan Urasil (U). Urasil

hanya dijumpai pada RNA.

Gambar 1. Bara Purin dan Pirimidin (Page, 1985)


Gambar 2. Pasangan Purin dan Pirimidin

2. Gula Pentosa


Gula pentosa yang dijumpai pada asam nukleat terdiri atas dua yaitu 2 deoksi D-

ribosa (deoksiribosa) dan D-ribosa (ribosa). Deoksi ribosa secara khusus dijumpai pada

DNA, sedangkan ribosa dijumpai pada RNA.

Gambar 3. Struktur kimia ribosa dan deoksiribosa (Page, 1985)

Gambar 4. Ikatan fosfodiester diantara gula

B. NUKLEOSIDA


Sebuah gula pentosa dan basa pirimidin atau purin dapat bergabung untuk

membentuk satu turunan N-Glikosil yang disebut Nukleosida. Nukleosida yang dibentuk

dari ribosa disebut ribonukleosida, sedangkan yang dibentuk dari deoksiribosa disebut

deoksiribo-nukleosida.

Tabel 1. Beberapa jenis nukleosida (Bell et al., 1972: 65)

Basa Ribonukleosida Deoksiribonukleosida

Sitosin

Urasil

Timin

Adenin

Guanin

Sitidin

Uridin

-

Adenosin

Guanosin

Deoksisitidin

-

Timidin

Deoksiadenosin

Deoksiguanosin

Gula pentosa berikatan secara kovalen dengan basa nitrogen dalam bentuk ikatan N-glikosil.

Untuk basa pirimidin ikatan terbentuk antara N1 dengan C1 dari gula pentosa. Sedangkan

untuk basa purin, ikatan terbentuk antara N9 dengan C1 dari gula pentosa (Bell, 1972:65)


Gambar 5. Struktur 2 jenis nukleosida (Bell, 1972)

C. NUKLEOTIDA

Jika residu pentosa dari suatu nukleosida teresterifikasi dengan asam fosfat, membentuk

nukleotida. Ikatan ester terbentuk antara asam fosfat dengan salah satu gugus-gugus OH dari

pentosa.


Gambar 6. Struktur umum nukleotida monofosfat. (Suzuki, et al., 1989)

Bentuk terbanyak mononukleotida bebas dalam sel mempunyai gugus fosfat pada

kedudukan 5’. Hal ini karena jalur utama hidrolisa enzimatik dari asam-asam nukleat

menghasilkan nukleosida 5’ mono fosfat sebagai hasil awal. Selain monofosfat nukleosida

juga nukleosida 5’ di dan tri fosfat terdapat di dalam sel. Perincian terhadap penamaan dan

nukleosida monofosfat adalah sebagai berikut:


Tabel 1. Penamaan nukleosida monofosfat

Gula Pentosa Basa Nama

Deoksiribosa Adenin

Guanin

Sitosin

Timin

Deoksiadenosin 5’ monofosfat

(Deoksiadenilat)

Deoksiguanosin 5’ monofosfat

(Deoksiguanilat)

Deoksisitidin 5’ monofosfat

(Deoksisitidilat)

Timidin 5’monofosfat

(Deoksitimidilat)

Ribosa Adenin

Guanin

Sitosin

Urasil

Adenosin 5’ monofosfat

(Adenilat)

Guanosin 5’ monofsfat

(Guanilat)

Sitidin 5’ monofosfat

(Sitidilat)

Uridin 5’ monofosfat

(Uridilat)

Gambar 5. Ikhtisar dan singkatan turunan-turunan nukleosida fosfat (Page, 1985: 175)

D. POLINIKLEOTIDA

Suatu nukleotida dapat berikatan secara kovalen dengan nukleotida lainnya melalui

ikatan fosfodiester. Ikatan fosfodiester terbentuk antara gugus 5 hidroksil pada pentosa unit


nukleotida yang satu digabungkan dengan gugus 3’ hidroksil pada pentosa nukleotida

berikutnya. Oleh sebab itu tulang punggung asam nukleat terdiri atas gugus fosfat dan

pentosa secara bergantian, sedangkan basa spesifiknya dapat dipandang sebagai gugus

samping yang bergabung dengan tulang punggung ini dengan interval yang teratur. Untaian

DNA dan RNA memiliki polaritas atau arah spesifik, karena semua ikatan fosfodister antara

nukleotida terletak pada arah yang sama disepanjang rantai ujung 5’ dan ujung 3’. Contoh

polinukleotida adalah asam-asam nukleat, yaitu DNA dan RNA.

Gambar 7. Pembentukan ikatan fosfodiester


E. ASAM NUKLEAT

Urutan asam amino suatu polipeptida diprogram oleh suatu unit penurunan sifat

genetic yang dikenal dengan nama gen. Gen terdiri atas DNA, polimer yang

termasuk dalam senyawa yang dikenal sebagai asam nukleat. Terdapat dua jenis

asam nukleat, yaitu asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (ARN).

Asam-asam nukleat ini adalah molekul-molekul yang membuat organisme hidup

dapat mereproduksi komponen-komponen kompleksnya dari satu generasi ke

generasi berikutnya. DNA merupakan sesuatu yang unik karena dapat mengarahkan

replikasinya sendiri, DNA juga mengarahkan sintesis RNA, dan mengontrol sintesis

protein melalui RNA. Asam nukleat merupakan polimer dari monomer-monomer

yang disebut nukleotida. Dengan demikian ia merupakan suatu polinukleotida.

Nukleotida-nukleotida dihubungkan dengan ikatan kovalen yang disebut ikatan

fosfodiester antara fosfat dari suatu nukleotida dan gula dari nukleotida berikutnya..

Ikatan ini menghasilkan suatu tulang punggung dengan pola gula-fosfat-gula fosfat

yang berulang.

G. STRUKTUR DNA

Molekul DNA sel sesungguhnya terdiri atas dua polinukleotida yang

berbentuk heliks ganda. Watson dan Crick pertama kali mengemukakan heliks ganda

sebagai struktur DNA tiga dimensi. Kedua tulang punggung berupa gula-fosfat

berada di luar heliks, dan basa nitrogen dipasangkan di bagian dalam heliks. Kedua

polinukleotida atau rantai tersebut diikat oleh ikatan hidrogen antara basa-basa

berpasangan dan oleh gaya tarik van der Waals antara tumpukan basa-basa itu.

Sebagian besar molekul DNA sangat panjang dengan ribuan atau bahkan jutaan

pasangan basa yang menghubungkan kedua rantai itu. adenin (A) selalu berpasangan

dengan timin (T), dan guanin (G) selalu berpasangan dengan sitosin (C). Jadi bila

suatu rantai memiliki urutan basa AGGTCCG, maka rantai pasangannya mempunyai


urutan basa TCCAGGC. Kedua rantai heliks ganda tersebut bersifat komplementer

satu dengan yang lainnya. Ikatan hidrogen yang menghubungkan sitosin dan guanin

terdiri atas 3, sedangkan yang menghubungkan adenin dan timin adalah 2 ikatan

hidrogen. Ikatan hidrogen penting untuk memelihara struktur DNA yang double

heliks.

Kedua rantai spiral pada DNA melingkar ke arah yang berlawanan dan

memutar ke kanan. Berdasarkan data difraksi sinar X dari Wilkins dan Franklin,

Watson-Crick menyimpulkan struktur DNA sebagai berikut:

• Deretan polinukleotida DNA mempunyai bentuk sebagai spiral teratur

• Spiral itu mempunyai diameter kira-kira 20Ao dan lebar spiral itu

tetap


• Spiral itu membuat satu putaran lengkap setiap 34 Ao damn karena

jarak internukleotida itu 3,4 A o, maka tiap putaran lengkap terdiri dari 10

nukleotida.

• Karena molekul DNA itu sangat padat, maka spiral DNA tentu

dupleks (terdiri dari dua spiral yang mengandung dua deretan polinukleotida)


Gambar 8. Model Heliks Ganda Molekul DNA

Kedua rantai DNA adalah anti paralel, yang berati satu rantai memiliki ikatan

fosfodiester dari arah 3’ – 5’ dan rantai pasangannya dengan arah 5’ – 3’.


Gambar 9 Ikatan Fosfodiester pada keduas rantai polinukleotida adalah anti paralel.

F. HIBRIDISASI DNA

Seperti diungkapkan sebelumnya bahwa kedua rantai DNA yang double

heliks dihubungkan oleh ikatan hidrogen. Ikatan Hidrogen mudah rusak dan tidak

tahan dengan alkali yang kuat dan pemanasan. Jika suatu larutan yang mengandung

DNA dipanaskan atau diberi alkali yang kuat, maka ikatan hidrogen akan putus, dan

akibatnya rantai spiral DNA terbuka. Proses ini disebur denaturasi DNA. Jika


larutan tersebut didinginkan atau dinetralisasi secara perlahan-lahan, maka basa-basa

nitrogen kembali berpasangan. Peristiwa ini disebut renaturasi DNA

Jika denaturasi membutuhkan pemanasan, maka untuk memutuskan ikatan hidrogen

antara pasangan basa C-G membutuhkan temperatur yang lebih tinggi bila

dibandingkan dengan A-T. Hal ini disebabkan karena C-G mempunyai ikatan

hidrogen lebih banyak dibandingkan dengan A – T.

Renaturasi DNA memiliki arti yang sangat penting dalam biologi molekuler,

karena dapat digunakan untuk menduga ukuran (jumlah nukleotida) genom dari suatu

organisme. Jika DNA direnaturasi dibawah kondisi standar, genom yang besar

(misalnya genom pada sapi) membutuhkan waktu yang lebih lama dari pada genom

yang lebih kecil (misalnya, genom pada E.coliI atau Bakteriofage T4).

Selain itu renaturasi penting karena dapat digunakan untuk membuat molekul-

mnolekul hybrid antara DNA dari species yang berlainan, asal terdapat homology

dalam ururtan-urutan basa. Dengan demikian kemampuan hibridisasi DNA dapat

mencerminkan seberapa jauh terdapat persamaan genetic antara berbagai species,

bahkan potongan dari sebuah pita tunggal dari molekul DNA dapat membentuk

hybrid dengan DNA yang berasal dari sumber lain, sehingga diperoleh hybrid DNA-

DNA.

Hibridisasi molekul DNA-RNA merupakan metode yang sangat ampuh untuk

mengkarakterisasi RNA, sebab molekul RNA hanya berhibridisasi dengan DNA

yang mentranskripsinya. Eksperimen hibridisasi DNA-RNA memberikan suatu cara

pengujian langsung untuk ekuivalensi DNA pada semua sel. DNA yang telah

diekstrak dari embrio mencit didenaturasi dengan cara pemanasan menjadi dua rantai

polinukleotida tunggal. Rantai yang telah berpisah disebarkan ke dalam suatu

“kolom agar” Rantai tunggal DNA hati dilabel dengan 14C, dan disebarkan ke dalam

“kolom agar” Dari hasil percobaan ini terbentuk hybrid DNA-RNA. Moleul hybrid

adalah rantai ganda dan merupakan hasil komplementer dari nukleotida-nukleotida


yang berpasangan. Dari hasil eksperimen tersebut disimpulkan bahwa urutan

nukleotida di dalam DNA dari dua tipe sel dari organisme yang sama adalah

ekuivalen.

DNA sebagai sumber informasi genetic memiliki beberapa fungsi sebagai berikut,

yaitu:

• Sebagai tempat menyimpan informasi genetic dalam bentuk yang

stabil, dan informasi ini dapat ditransfer ke bagian lain dari sel.

• Memiliki kemampuan untuk menggandakan informasi tersebut secara

tepat selama pembelahan sel.

• Memiliki kemampuan (jarang terjadi) membentuk variasi dalam

bentuk mutasi.

MATERI GENETIK Rev

Documents

Transcript of MATERI GENETIK Rev