TUGAS ANALISIS GENETIKA TANAMAN

BAHAN GENETIK

DISUSUN OLEH :

KELOMPOK 1

ASEP RODIANSAH A253090011

ERNILA A253090091

NUR ARIFIN A253090111

PROGRAM STUDI PEMULIAAN DAN BIOTEKNOLOGI TANAMAN

SEKOLAH PASCA SARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2009

PENDAHULUAN

Genetika (ilmu tentang pewarisan sifat makhluk hidup dari tetua kepada

keturunannya) mulai berkembang pesat setelah percobaan penurunan sifat yang

dilakukan oleh Gregor Johan Mendel (1822 – 1884). Kini diketahui bahwa sifat

tetua diturunkan kepada keturunannya dengan dibawa oleh substansi tertentu yang

disebut dengan materi genetik. Materi genetik adalah bahan didalam individu

yang bertugas untuk mengendalikan karakter atau fenotipe suatu individu, yang

uraiannya mencakup DNA, kromosom dan gen .

Konsep gen yang berkembang setelah penemuan mendel tentang segregasi

dan pemisahan serta pengelompokan bebas. Gen diduga mempunyai beberapa

sifat khusus yaitu : (1) suatu unit keturunan yang diwariskan dengan generasi ke

generasi berikutnya, (2) suatu unit fungsional yang menghasilkan suatu fenotipe,

(3) suatu aspek fungsional yang menyebabkan duplikasi sendiri (self-

duplocation).

Dengan perkembangan prinsip genetika dasar dan macam-macam pola

pewarisan, maka timbul pertanyaan-pertanyaan apa yang diwariskan? Gen

tersusun dari apa dan bagaimana gen-gen itu mengatur dan menampakkan

pengaruh yang kita lihat?

Pengetahuan tentang pengaturan asam deoksiribonukleat (DNA) di dalam

kromosom dapat membantu kita untuk mengerti bagaimana gen dibentuk dan

mengatur sintesis protein. Juga akan memperjelas perubahan komposisi gen

karena mutasi.

Asam Deoksiribonukleat (DNA)

A. DNA Sebagai Materi Genetik

Asam deoksiribonukleat atau disingkat DNA merupakan persenyawaan

kimia yang paling penting pada makhluk hidup, yang membawa keterangan

genetik dari sel khususnya atau dari makhluk dalam keseluruhanya dari satu

generasi ke generasi berikutnya. DNA merupaka unsur pokok kromosom yang

disebut nuklein atau bahan yang ada hubunganya dengan nucleus (inti). Molekul

DNA pertama-tama diisolasi oleh F. Miescher (1869) dari sel spermatozoa dan

dari nucleus sel-sel darah merah burung. Akan tetapi ia tidak dapat mengenal sifat

kimianya yang pasti dan menamakanya sebagai nuklein..

DNA mengandung informasi genetik dalam bentuk kode. Kode ini telah

diterjemahkan dalam suatu model yang menggambarkan bagaimana informasi

tersebut berlangsung dari DNA dalam gen sampai pada protein dalam sel hidup.

Semua makhluk hidup kecuali virus tertentu (misalnya influenza) memiliki DNA.

Didalam sel, bagian terbesar dari DNA terdapat di dalam nucleus, terutama dalam

kromosom. Molekul DNA juga ditemukan didalam mitokondria dan plastid.

Banyaknya DNA biasanya diukur dengan pikogram, yaitu suatu mikrounit dari

berat. Satu pikogram sama dengan 10-12 gram. Pada umumnya banyaknya DNA

bervariasi dari satu spesies ke spesies lain. Banyaknya variasi itu tergantung pula

dari banyaknya spesies.

B. Struktur DNA

Menurut Watson dan Crick molekul DNA itu berbentuk sebagai dua pita spiral yang saling berpilin (double helix) seperti pada Gambar 2. Di bagian dalam dari double helix terdapat basa purin dan pirimidin. Dua polinukleotida yang berhadapan dihubungkan oleh atom hydrogen, yaitu antara pasangan purin dan pirimidin tertentu.

Adenine hanya dapat berpasangan dengan timin, yang dihubungkan oleh dua atom H, sedangkan guanine hanya dapat berpasangan dengan sitosin yang dihubungkan oleh tiga atom H. Jadi dua deretan nukleotida itu komplementer satu dengan yang lainnya, artinya urutan satu nukleotida dalam satu deret mendekati urutan nukleotida dalam deret pasanganya.

Dua pita spiral itu masing-masing melingkar kearah yang berlawanan dan menuju ke kanan. Oleh karena satu lingkaran lengkap panjangnya 34 Ao, sedangkan jarak antara satu nukleotida dengan yang lain adalah 3,4 Ao,dan diameter spiral gDNAa 20 Ao, maka pada setiap lingkaran penuh terdapat 10 mononukleotida.

Gambar 1. Struktur DNA Menurut Watson dan Crick

DNA merupakan susunan kimia makromolekuler yang komplek, yang terdiri dari 3 macam molekul (Gambar.2 ), yaitu sebagai berikut :

1. Gula pentosa yang dikenal sebagai deoksiribosa2. Asam pospat3. Basa nitrogen, yang dapat dibedakan atas dua tipe dasar :

a. Pirimidin. Basa ini dibedakan lagi atas sitosin (S) dan timin (T)b. Purin basa ini dibedakan lagi atas adenine (A) dan guanine (G)

Gambar. 2. Molekul penyusun DNA

Urutan basa Nitrogen yang terdapat dalam untaian DNA menentukan informasi genetikyang dibawa. Pasangan basa N pada double helix DNA adalah tetap, yaitu guanine selalu berpasangan dengan cytosine dan adenine selalu berpasangan dengan thymine.

Gambar 3 Pasangan Basa Purin dan Pirimidin

Pirimidin (sitosin dan timin) dan purin (adenine dan guanine) membentuk rangkaian kimia dengan deoksiribosa.

1. Nukleosida merupakan gula deoksiribosa dikombinasikan dengan salah satu basa ( A, G, T, dan S). mereka dapat berlaku sebagai prekusor elementer atau sintesa DNA.

2. nukleotida adalah nukleosida yang mengandung gugus fospat. Nokleotida yang memiliki suatu gugus fosfat dinamakan nukleosida monopospat. Nukleotida dapat pula mempunyai dua atau tiga gugus pospat (seperti ADP atau ATP). Inilah nukleosida tripospat yang merupakan precursor langsung untuk sintesa DNA.

3. Polinukleotida dibentuk dengan melekatnya gugus pospat pada atom karbon 5’ dari deoksiribosa pada satu nukleotida dan ke atom karbon 3’ dari nukleotida berikutnya. Begitu seterusnya sehingga terdapat seri panjang rangkaian 5’-3’ sepanjang polimer. Jelaslah bahwa molekul DNA itu merupakan polinukleotida dan terjadi dalam bentuk rantai.

Perbandingan basa antar spesies berbeda-beda dan penting untuk diingat bahwa A=T dan G=S perbandingan 1:1 , tetapi jumlah pasangan A:T tidak perlu sama dengan jumlah G:S. hubungan ini dikemukakan oleh Chargaff (1950). menambahkan bahwa DNA yang diisolir dari tumbuh-tumbuhan serta hewan tingkat tinggi pada umumnya mengandunglebih banyak adenine dan timin sedangkan guanine dan sitosin lebih sedikit.

B.1 Denaturasi dan Renaturasi DNA

Dua buah pita polinukleotida yang berbentuk double helix dalam molekul DNA itu dihubungkan oleh atom H yang sangat lunak. Jika suatu larutan yang mengandungDNA dipanaskan atau dibubuhi alkali yang kuat, maka hubungan hydrogen itu menjadi labil dan putus. Dua pita spiral dari molekul DNA itu membuka. Proses ini dinamakan denaturasi. Jika larutan tersebut kemudian didinginkan kembali atau dinetralisir secara perlahan-lahan, maka terbentuklah pasangan-pasangan basa itu kembali. Peristiwa ini disebut renaturasi.

Renaturasi DNA mempunyai arti penting dalam biologi molekuler, karena antara lain dapat digunakan untuk membuat molekul-molekul hybrid antara DNA dan spisies yang berlainan, asal ada homologi dalam urutan basa. Dengan demikian maka kemampuan DNA basa ini mencerminkan berapa jauh terdapatnya persamaan genetik antara berbagai spesies itu. Bahkan potongan dari sebuah pita tunggal dari molekul DNA dapat dibuat hybrid dengan ARN yang berasal dari sumber lain. Oleh karena itu dapat diperoleh hybrid DNA-DNA atau DNA-ARN. Namun tanpa adanya homologi dalam urutan basa tidak mungkin hibridisasi dilangsungkan.

C. Replikasi DNA

Peristiwa replikasi DNA pertama kali diselidiki Taylor dan kawan-kawan (1957). Mereka menggunakan nitrogen radioaktif N15 yang dilembagakan timidin. Setelah ujung akar yang digunakan pada percobaan itu dimasukkan ke dalam medium yang mengandung timidin radioaktif, maka kromosom-kromosom dari sel-sel pada ujung akar itu menunjukkan adanya bahan radioaktif.

Sebagai pembawa keterangan genetik, DNA mempunyai dua fungsi yang amat penting, ialah :

1. Fungsi heterokatalitis, yaitu karena DNA langsung dapat mensintesa molekul kimiawi lainnya (ARN, protein, dsb).

2. Fungsi autokatalitis, yaitu karena DNA dapat mensintesis dirinya sendiri.

Model double helix dari molekul DNA Watson dan Crick dengan mudah menerangkan fungsi autokatalitis dari DNA, yaitu bahwa DNA dapat mensintesis dirinya sendiri, karena berpasangannya basa memperlihatkan sifat yang khas, maka urutan basa dalam satu deretan dengan sendirinya menentukan urutan basa pada deretan komplementernya. Jadi tiap pita pada double helix dapat berlaku sebagai pencetak pada sintesa pita yang lain. Menurut Watson dan Crick replikasi DNA dimulai dengan putusnya ikatan hydrogen yang kemudian diikuti oleh berputarnya dan memisahnya kedua pita polinukleotida. Pita tunggal yang bebas itu lalu membentuk pita komplementernya yang baru.

Proses ini dipengaruhi oleh enzim DNA-polimerase. Setelah replikasi DNA selesai terbentuklah dua pasang double helix, sedang sebelumnya hanya ada satu pasang double helix saja. Berdasarkan pengamatan diduga ada tiga kemungkinan cara replikasi molekul DNA, yaitu secara :

1. Konservatif. Double helix parental tetap utuh, tetapi keseluruhannya dapat mencetak double helix baru (Gambar 3).

Gambar 4. Pola Replikasi DNA konservatif sumber : (www.library.thinkquest.org)

2. Semikonservatif. Dua pita spiral dari double hilex memisahkan diri. Tiap pita tunggal dari double helix parental ini berlaku sebagai pencetak (model) untuk membentuk pita pasangan yang baru.

Gambar 5. Pola replikasi semikonservatif

3. Disversif. Pada proses replikasi ini kedua buah pita dari double helix parental terputus-putus. Segmen-segmen DNA parental dan segmen-segmen DNA yang dibentuk baru saling bersambungan dan menghasilkan dua double helix baru.

Gambar 6. Pola Replikasi Disversif

C. 1. Biosintesis DNA

Pada pita DNA, gugus fosfat melekat pada posisi 5’ dari satu gugus gula dan pada posisi 3’ dari gugus gula didekatnya. Jadi satu pita dari spiral ganda mempunyai arah dari 5’ ke 3’, sedang pita yang lain arahnya berlawanan yaitu

dari 3’ ke 5’. Hal ini disebut polaritas berlawanan. Suatu endonuklease telah ditemukan, yang menyebabkan putusnya pita DNA sehingga dapat memisah. Kedua pita DNA memisah sebagai persiapan untuk replikasi yang dapat kita lihat pada Gambar 6.:

Gambar 7. Persiapan Replikasi DNA

Sifat polaritas yang berlawanan menimbulkan kesukaran dalam replikasi karena tiap pita baru yang terbentuk harus mempunyai polaritas berlawanan dengan pita lama yang berfungsi sebagai cetakan.

Polymerase

Enzim Polymerase yang terdapat dalam sel diaktifkan menjadi katalisator untukk menarik basa yang terdapat disekitar sel kepada nukleotida yang tidak berpasangan pada cetakanya. Penyalinan pita DNA asli ini terjadi secara teratur oleh polymerase yang bergerak sepanjang pita DNA dari ujung 3’ ke 5’, tetapi membentuk pita dengan arah 5’ ke 3’. Jadi pita 3’-5’ dapat disalin dengan proses terus-menerus. Diduga bahwa pita yang berlawanan dibentuk dengan proses yang terputus-putus. Bagian-bagian pendek dari DNA digabungkan oleh enzim ligase yang mampu menyambung pita tunggal yang putus.

Model replikasi DNA ini dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 8. Proses Replikasi DNA

Dua pita DNA terbentuk. Pita baru yang terbentuk terus-menerus ini mempunyai polaritas berlawanan dengan pita 3’-5’ yang asli. Bagian-bagian pendek dari pita 5’-3’ mengganda, ujung-ujungnya digabungkan oleh enzim ligase sehingga terbentik pita baru yang lengkap dengan polaritas berlawanan.

D. DNA dan Kromosom

DNA eukariotik terdapat pada inti dan mitokondria dan plastid. Pada

hewan dan manusia DNA hanya terdapat pada inti dan mitokondria. DNA

pada inti sel organisme tingkat tinggi dikemas dalam bentuk kromosom. Satu

kromosom terbentul oleh satu pita DNA

DNA mempunyai ukuran yang sangat panjang dibandingkan dengan

kromosom. Misalnya pada manusia yang mempunyai panjang DNA sekitar 2

m dan memiliki 46 kromosom dan harus dikemas dalam inti sel yang hanya

mempunyai diameter 0.006 nm, sehingga diperlukan sistem pengemasan DNA

yang efisien. Material ini secara umum dinamakan kromatin, yang merupakan

gabungan antara protein dan DNA. DNA melilit pada histon, suatu jenis

protein khusus pada kromosom. Gabungan antara satu histon dengan DNA

dinamakan nukleosom.

Nukleosom selalu ditemukan mengandung 2 unit masing histon, H2A,

H2B, H3 dan H4, yang menjadi tempat melilit pita DNA, dan histon H1 yang

berfungsi untuk menstabilkan nukleosom dan membentuk selunoid. DNA

melilit satu kali sebanyak 2 lilitan pada histon , selanjutnya diikat dengan

Histon H1, lalu antara nukleosom bergabung membentuk untaian yang

disebut solenoid yang diikat oleh histon H1 yang lain, selanjutnya solenoid

membentuk lekukan yang melekat pada protein nonhiston. Selanjutnya

membentuk spiral, akhirnya terbentuk struktur tiga dimensi yang disebut

kromosom untuk selengkapnya bisa dilihat di gambar

Gambar 9. Proses Penyusunan DNA mejadi Kromosom

E. Struktur gen.

Gen adalah urutan nukleotida tertentu dalam kromosom. Urutan nukleotida tersebut berbeda-beda untuk setiap gen dan menentukan asam amino pada protein. Protein adalah suatu molekul raksasa yang dibentuk dari asam amino yang mengikat satu dengan yang lain oleh ikatan peptide sehingga merupakan rantai panjang. Urutan linier dari struktur primer asam amino menentukan lipatan protein (struktur skunder atau tersier ) dan lipatan protein menentukan aktivitasnya. Ada 20 asam amino. Asam-asam amino ini merupakan bagian utama dari sel hidup, bagian dari membrana, ribosom, dan kromosom eukaryote. Banyak protein merupakan enzim yang menjadi katalisator reaksi kimia dalam sel dan mendorong pembentukan hasil dari sel. Urutan asam amino dalam protein ditentukan oleh gen, khususnya oleh sistron.

Sistron adalah bagian DNA yang memberi kode untuk satu rantai polipeptida. Namanya menunjukkan struktur gen yang lebih halus. Satu gen ( sistron) memberi kode untuk satu protein atau enzim bila terbuat dari polipeptida tunggal. Beberapa protein (enzim) mempunyai dua rantai polipeptida. Jadi dua sistron diperlukan untuk memberi kode.

E.1 Kode Genetik

Telah diketahui bahwa DNA adalah bahan genetic yang member informasi genetic dari sel ke sel dan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Akan tetapi bagaimana sesungguhnya informasi genetic itu terdapatnya di dalam molekul

DNA? Apakah itu tulisan ataukah berupa suatu bahasa yang dinyatakan dalam bentuk kode?

Sebuah pita molekul DNA terdiri dari tiga persenyawaan kimia, yaitu asam pospat, gula deoksiribosa dan basa nitrogen. Tulang punggung asam pospat –deoksiribosa selalu sama untuk berbagai segmen dari molekul DNA. Tetapi basa nitrogenya berbeda-beda. Oleh karena itu informasi genetic tergantung dari urutan basa nitrogen yang menyusun segmen molekul DNA itu (A,T,S,dan G). Setiap pesan genetic yang dinyatakan dalam bentuk kode umumnya dinamakan kriptogram.

E.2. Kode triplet

Kode genetic terdiri dari tiga pasang nukleotida yang berurutan atau satu triplet. Ini merupakan kode yang kelebihan karena satu asam amino tertentu mungkin ditentukan lebih dari satu kode (triplet). Kode khusus yaitu UAA, UGA, DAN UAS tidak member kode untuk asam amino. Kode-kode ini khusus untuk memutus untuk rantai protein. Disebut juga dengan kode nonsense.Triplet yang sama member kode untuk asam amino yang sama dalam semua organism.