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.

1

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

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

2

D. Manfaat Penulisan

1. Sebagai informasi bagi siapa yang ingin mengetahui mengenai proses

fermentasi.

2. Sebagai rujukan bagi mereka yang ingin meneliti lebih lanjut

mengenai fermentasi.

3

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.

Defenisi gen telah berevolusi sejalan dengan sejarah genetika. 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. Gen terdiri dari protein dan asam nukleat

(DNA dan RNA), berukuran antara 4 – 8 m (mikron).

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.

4

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.

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

5

DNA

DNA terdiri dari gula pentose, basa nitrogen dan fosfat

TRANSKRIPSI

TRANSKRIPSI BALIK

DNA mRNA PROTEIN

TRANSLASI

Replikasi

2 3

1

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 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.

6

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.

Gambar 3. Proses replikasi DNA

7

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

8

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

9

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 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.

10

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.

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).

11

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.

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.

12

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 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

13

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.

Gambar 6. Tiga kode DNA (kodon)

Synthesis of an RNA Transcript

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

terminasi.

14

Gambar 7. Tiga tahap transkripsi

15

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 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).

16

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.

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).

17

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.

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

18

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).

3. Terminasi

19

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.

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.

20

Gambar 12. Hubungan antara kodon dan protein yang disintesis

21

Gambar 13. Tahap translasi

22

Gambar 14. Tahap sintesis protein

KODE GENETIK

23

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.

24

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

25

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)

26

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.

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).

27

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

28

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

29

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 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

30

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 da presipitasi DNA. Secara umum dapat dilihat pada skema berikut :

31

GEN

DNA

MEDIA

Pengendapan DNA

Campuran membentuk 3 lapisan

Lap bawah(fase organik)

Lap atas(fase air)

Lap interfase(protein terdaturasi)

LAP AIR ENDAPAN DNA

ISOLASI DNA

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

32

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.

33

• 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.

• DNA dikering anginkan dengan posisi tabung terbalik.

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

atau akuades steril.

34

2 3

1 TRANSKRIPSI

TRANSKRIPSI BALIK

DNA mRNA PROTEIN

TRANSLASI

Replikasi

BAB III

PENUTUP

A. KESIMPULAN

1. 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.

e. Sebagai materi tersendiri yang terdapat dalam kromosom.

2. Aliran informasi genetik

Skema alur informasi genetic

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 duobel helix.

35

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).

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.

36

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.

37

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

38

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.

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.

39

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.

40