SHARED BY: MY-DIARYZONE.BLOGSPOT.COM
Bioteknologi
i
BIOLOGIUntuk SMA/MA Kelas XII Program IPA
XII
SHARED BY: MY-DIARYZONE.BLOGSPOT.COM
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
ii
untuk SMA/MA Kelas XII Program IPA
Penulis:Faidah RachmawatiNurul UrifahAri Wijayati
Penyunting:Erminawati
Pewajah Isi:Sholichuddin Fanani
Ilustrasi:Tubagus Eko, Anom Prasetyo
Pewajah Sampul:Ipan Sopyan
Ukuran Buku:21 x 29,7 cm
BIOLOGI
5 7 4 . 0 7FAI FAIDAH Rachmawati
b Biologi : untuk SMA/ MA Kelas XII Program IPA / penulis,Faidah Rachmawati, Nurul Urifah, Ari Wijayati ; penyunting, Eminawati; ilustrasi, Tubagus Eko, Anom Prasetyo. -- Jakarta : Pusat Perbukuan,Departemen Pendidikan Nasional, 2009.
x, 172 hlm, : ilus. ; 30 cm
Bibliografi : hlm. 171IndeksISBN 978-979-068-831-5 (No. Jilid Lengkap)ISBN 978-979-068-841-4
1. Biologi-Studi dan Pengajaran I. JudulII. Nurul Urifah III. Ari Wijayati IV. Eminawati V. Tubagus EkoVI. Anom Prasetyo
Hak Cipta Buku ini dibeli Departemen Pendidikan Nasionaldari Penerbit Ricardo Publishing and Printing
Diterbitkan oleh Pusat PerbukuanDepartemen Pendidikan NasionalTahun 2009
Diperbanyak oleh .....
SHARED BY: MY-DIARYZONE.BLOGSPOT.COM
Bioteknologi
iii
Kata Sambutan
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia-Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2009,telah membeli hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis/penerbit untukdisebarluaskan kepada masyarakat melalui situs internet (website) JaringanPendidikan Nasional.
Buku teks pelajaran ini telah dinilai oleh Badan Standar Nasional Pendidikandan telah ditetapkan sebagai buku teks pelajaran yang memenuhi syarat kelayakanuntuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri PendidikanNasional Nomor 22 Tahun 2007 tanggal 25 Juni 2007.
Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada parapenulis/penerbit yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepadaDepartemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para siswadan guru di seluruh Indonesia.
Buku-buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepadaDepartemen Pendidikan Nasional ini, dapat diunduh (down load), digandakan,dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun, untukpenggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhiketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Diharapkan bahwa buku teks pelajaranini akan lebih mudah diakses sehingga siswa dan guru di seluruh Indonesia maupunsekolah Indonesia yang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajarini.
Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Kepada parasiswa kami ucapkan selamat belajar dan manfaatkanlah buku ini sebaik-baiknya.Kami menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karenaitu, saran dan kritik sangat kami harapkan.
Jakarta, Juni 2009
Kepala Pusat Perbukuan
iii
SHARED BY: MY-DIARYZONE.BLOGSPOT.COM
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
iv
Kata Pengantar
Puji syukur dipanjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmatdan karuniaNya buku Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA telah selesaidisusun.
Buku Biologi disusun berdasarkan kurikulum yang berlaku, yaitu Standar Isi.Diharapkan siswa dapat belajar aktif dan berpikir kritis untuk menyelesaikanmasalah. Sehingga, siswa mampu mengembangkan potensi kognitif, afektif, danpsikomotorik yang dimilikinya.
Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, siswamembutuhkan proses pembelajaran yang dapat membantu menghadapi segalatantangan dan permasalahan dalam kehidupan sehari-hari. Buku ini dapat menjadisalah satu media yang memberi pengetahuan tentang Biologi. Bahan-bahan pelajaranyang disajikan dalam buku ini disusun secara sederhana, praktis, dan sistematisagar mudah dipahami oleh siswa.
Semoga buku ini bermanfaat bagi siswa dan pembaca lainnya.
Jakarta, Juli 2006
iv
Bioteknologi
v
Daftar Isi
Kata Sambutan ] iii [Kata Pengantar ] iv [Daftar Isi ] v [Pemetaan Biologi ] vi [
Bab 1 Pertumbuhan danPerkembangan Tumbuhan
A. Pertumbuhan dan Perkembangan padaTumbuhan ] 2 [
B. Faktor yang MempengaruhiPertumbuhan dan PerkembanganTumbuhan ] 6 [
Mari Berkompetensi ] 17 [
Bab 2 Metabolisme SelA. Pengertian metabolisme ] 20 [B. Enzim ] 21 [C. Katabolisme ] 26 [D. Anabolisme ] 33 [Mari Berkompetensi ] 39 [
Bab 3 Materi GenetikA. Gen dan Alel ] 42 [B. DNA dan RNA ] 43 [C. Kromosom ] 48 [D. Sintesis Protein ] 50 [E. Sandi Genetik ] 52 [Mari Berkompetensi ] 57 [
Bab 4 Reproduksi SelA. Pengertian Reproduksi Sel ] 60 [B. Reproduksi Sel pada Organisme
Prokariotik ] 60 [C. Reproduksi Sel pada Organisme
Eukariotik ] 61 [D. Proses Pembentukan Gamet pada
Hewan Tingkat Tinggi danManusia ] 68 [
E. Proses Pembentukan Gamet padaTumbuhan Tingkat Tinggi ] 70 [
Mari Berkompetensi ] 73 [
Bab 5 Hereditas dan MutasiA. Pengertian Hereditas ] 76 [B. Hukum Mendel ] 76 [C. Penyimpangan Semu Hukum
Mendel ] 79 [D. Pautan, Pindah Silang, dan Gagal
Berpisah ] 83 [E. Penentuan Jenis Kelamin ] 85 [F. Pautan Seks ] 87 [G. Gen Letal ] 88 [H. Hereditas pada Manusia ] 89 [I. Mutasi ] 95 [Mari Berkompetensi ] 103 [
Bab 6 Asal -Usul KehidupanA. Teori Terbentuknya Bumi ] 106 [B. Teori Mengenai Asal- Asul
Kehidupan ] 107 [C. Teori Asal-Usul Kehidupan Lain ] 111 [D. Evolusi Biologi ] 113 [Mari Berkompetensi ] 117 [
Bab 7 EvolusiA. Pengertian Evolusi ] 120 [B. Teori Evolusi ] 122 [C. Petunjuk Evolusi ] 127 [D. Mekanisme Evolusi ] 134 [Mari Berkompetensi ] 149 [
Bab 8 BioteknologiA. Pengertian Bioteknologi ] 152 [B. Ilmu-Ilmu yang Digunakan dalam
Bioteknologi ] 152 [C. Perkembangan dan Aplikasi Bioteknologi
Tradisional dan Modern ] 153 [D. Penggunaan Mikroorganisme dalam
Bioteknologi ] 157 [E. Bioteknologi dengan Kultur Jaringan
dan Rekayasa Genetika ] 165 [
Daftar Pustaka ] 171 [Indeks ] 172 [
v
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
vi
Pemetaan
Biologiuntuk SMA/MA Kelas XII Program IPA Berdasarkan Standar Isi
Bab 1 Pertumbuhan dan Perkembangan Tumbuhan
Materi
A. Pertumbuhan dan Perkembanganpada Tumbuhan
B. Faktor yang MempengaruhiPertumbuhan dan PerkembanganTumbuhan
Standar Kompetensi
Melakukan percobaanpertumbuhan danperkembangan padatumbuhan
Kompetensi Dasar
- Merencanakan percobaan pengaruh faktor luarterhadap pertumbuhan tumbuhan
- Melaksanakan percobaan pengaruh faktor luarterhadap pertumbuhan tumbuhan
- Mengkomunikasikan hasil percobaan pengaruhfaktor luar terhadap pertumbuhan tumbuhan
Bab 2 Metabolisme Sel
Materi
A. Pengertian metabolisme
B. Enzim
C. Katabolisme
D. Anabolisme
Standar Kompetensi
Memahami pentingnyaproses metabolismepada organisme
Kompetensi Dasar
- Mendeskripsikan fungsi enzim dalam prosesmetabolisme
- Mendeskripsikan proses katabolisme dananabolisme karbohidrat
- Menjelaskan keterkaitan antara prosesmetabolisme karbohidrat dengan metabolismelemak dan protein
Bab 3 Materi Genetik
Materi
A. Gen dan Alel
B. DNA dan RNA
C. Kromosom
D. Sintesis Protein
E. Sandi Genetik
Standar Kompetensi
Memahami penerapankonsep dasar danprinsip-prinsip hereditasserta implikasinya padaSalingtemas
Kompetensi Dasar
- Menjelaskan konsep gen, DNA, dan kromosom
- Menjelaskan hubungan gen (DNA)-RNA-polipeptida dan proses sintesis protein
Bab 4 Reproduksi Sel
Materi
A. Pengertian Reproduksi Sel
B. Reproduksi Sel pada OrganismeProkariotik
C. Reproduksi Sel pada OrganismeEukariotik
D. Proses Pembentukan Gametpada Hewan Tingkat Tinggi danManusia
E. Proses Pembentukan Gametpada Tumbuhan Tingkat Tinggi
Standar Kompetensi
Memahami penerapankonsep dasar danprinsip-prinsip hereditasserta implikasinya padaSalingtemas
Kompetensi Dasar
- Menjelaskan keterkaitan antara prosespembelahan mitosis dan meiosis denganpewarisan sifat
vi
Bioteknologi
vii
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
Materi
A. Pengertian Hereditas
B. Hukum Mendel
C. Penyimpangan Semu HukumMendel
D. Pautan, Pindah Silang, dan GagalBerpisah
E. Penentuan Jenis Kelamin
F. Pautan Seks
G. Gen Letal
H. Hereditas pada Manusia
I. Mutasi
Standar Kompetensi
Memahami penerapankonsep dasar danprinsip-prinsip hereditasserta implikasinya padaSalingtemas
Kompetensi Dasar
- Menerapkan prinsip hereditas dalammekanisme pewarisan sifat
- Menjelaskan peristiwa mutasi dan implikasinyadalam Salingtemas
Bab 6 Asal-Usul Kehidupan
Materi
A. Teori Terbentuknya Bumi
B. Teori Mengenai Asal- AsulKehidupan
C. Teor Asal-Usul Kehidupan Lain
D. Evolusi Biologi
Standar Kompetensi
Memahami teorievolusi sertaimplikasinya padaSalingtemas
Kompetensi Dasar
- Menjelaskan teori, prinsip, dan mekanismeevolusi biologi
Bab 7 Evolusi
Materi
A. Pengertian Evolusi
B. Teori Evolusi
C. Petunjuk Evolusi
D. Mekanisme Evolusi
Standar Kompetensi
Memahami teorievolusi sertaimplikasinya padaSalingtemas
Kompetensi Dasar
- Mengkomunikasikan hasil studi evolusi biologi
- Mendeskripsikan kecenderungan baru tentangteori evolusi
Bab 8 Bioteknologi
Materi
A. Pengertian Bioteknologi
B. Ilmu-Ilmu yang Digunakan dalamBioteknologi
C. Perkembangan dan AplikasiBioteknologi Tradisional danModern
D. Penggunaan Mikroorganismedalam Bioteknologi
E. Bioteknologi dengan KulturJaringan dan Rekayasa Genetika
Standar Kompetensi
Memahami prinsip-prinsip dasarbioteknologi sertaimplikasinya padaSalingtemas
Kompetensi Dasar
- Menjelaskan arti, prinsip dasar, dan jenis-jenisbioteknologi
- Menjelaskan dan menganalisis peranbioteknologi serta implikasi hasil-hasilbioteknologi pada Salingtemas
vii
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
viii
Petunjuk Penggunaan Buku
Untuk memudahkan kamu dalam mempelajari buku ini, maricermati bagian-bagian yang terdapat pada buku ini.
B I O L O G IBekerjalah dengan teman sekelompokmu.
JudulStruktur Biji dan Kecambah Monokotil dan Dikotil
TujuanMempelajari perbedaan struktur biji dan kecambah jag(monokotil) dan kacang tanah (dikotil).
Bahan dan Alat1) Biji jagung dan kacang tanah masing-masing ± 10 butir2) Wadah plastik yang berisi media kapas basah
Cara KerjaA. Mempelajari Struktur Biji1) Amati biji jagung dan biji kacang tanah dengan cara memb
biji tersebut. Sehingga, kamu dapat mengamati embrio yada di dalam biji.
2) Gambarlah struktur biji jagung dan kacang tanah tersedan tuliskan bagian-bagiannya.
B. Mempelajari Struktur Kecambah1) Kecambahkan biji jagung dan biji kacang tanah dalam wa
plastik dengan media kapas basah.2) Setelah berumur ± 1 minggu, gambar dan tuliskan bag
bagian kecambah.
Pertanyaan1) Sebutkan perbedaan antara struktur biji jagung dan
kacang tanah.2) Jelaskan fungsi dari bagian-bagian embrio biji yang t
kamu amati.3) Sebutkan perbedaan antara kecambah jagung dan kac
tanah.4) Sebutkan perbedaan antara tanaman dikotil dan monok
Apa yang dapat disimpulkan? Diskusikan hasil kelompokdengan kelompok lain.
Mari MencobaMari Mencobaberisikegiatanuntukmembuktikanteori
Judul Bab dan Peta Konsep berisigambaran tentang materi yang akandipelajari dalam bab tersebut
Sintesis ProteinD Protein adalah suatu
berbagai asam amino. Syang mempunyai kemabiokimia dalam proses mhasil penelitian Beadle danproses metabolisme atau pengendalian enzim. Jadmenyebabkan perubahanamino, yang selanjutnydalam proses metabolism
Protein tidak disintemelalui proses transkripsproses replikasi DNA unttranslasi adalah proses peterdapat pada RNA-d polipeptida. Dalam tranmodel untuk sintesis protetranskripsi dan translasi duraian berikut ini.
Transkripsi adalah prruas DNA (gen) ke dalamenzim transkriptase sebapada utas RNA-d ditenterdapat pada satu ruas Ddicari padanan ribonuklemenjadi rantai RNA-d.
Pembacaan oleh tran(promotor) sampai tandyang diapit oleh kedua taGen merupakan pengenterdapat pada ruas di an
1. Transkripsi
Setelah proses transelanjutnya RNA-d kelucetakan dalam penyusuproses translasi. Informad terdapat pada runtunajenis kombinasi 3 basa ysandi genetik (kodon) temenjadi satu jenis asam hanya bagian tertentu ysintesis protein, yaitu ruasdan kodon akhir (UAA, U
2. Translasi
Gambar 3.11Protein
Diskusikan denganteman sebangkumu.Di manakah tempatterjadinya transkripsidan translasi?
Asam amino
viii
BabBab Pertumbuhan danPerkembangan Tumbuhan11Peta Konsep
Auksin
Giberelin
Gas etilen
Asam absisat
Nutrisi dan air
Cahaya
Suhu
Kelembapan
Hormon
Faktor lingkungan
Sitokinim
Oksigen
Perkecambahan
Pertumbuhan primer
Pertumbuhan sekunder
Struktur biji
Faktor yang mempengaruhiPertumbuhan dan perkembangantumbuhan
Pertumbuhan dan perkembanganpada tumbuhan
Pertumbuhan danperkembangan tumbuhan
Fisiologi perkecambahan
foto atauilustrasi dapatmembantumu dalammemahami materi
mengajakmu untukbersosialisasi denganteman atau guru melaluiMari Berdiskusi
Bioteknologi
ix
1. Makhluk hidup menunjukkan prosespertumbuhan pada peristiwa peruba-han biologis, kecuali ….a. pertambahan volume selb. pertambahan jumlah selc. bersifat reversible atau dapat balikd. pertambahan ukuran sele. bersifat irreversible
2. Ujung batang tanaman dapat mem-bengkok ke arah datangnya cahayakarena pengaruh hormon ….a. gas etilen d. giberelinb. auksin e. sitokininc. asam absisat
3. Buah semangka tanpa bij i dapatkamu peroleh dengan memberikanhormon ….a. sitokinin d. auksinb. giberelin e. etilenc. asam absisat
4. Unsur makro yang berperan sebagaikofaktor enzim tumbuhan adalah ….a. C, H, dan O d. N, C, dan Ob. O, P, dan H e. K, Ca, dan Nc. K, Ca, dan Mg
5. Hormon yang berperan mempercepatproses pemasakan buah adalahhormon ….a. gas etilen d. giberelinb. asam absisat e. sitokininc. auksin
6. Yang te rmasuk per tumbuhansekunder adalah pertumbuhan padabagian-bagian ….a. x i l e m s e k u n d e r d a n f l o e m
sekunder
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat di setiap soal-soal berikut.
b. ujung akar dan xilem sekunderc. xilem primer dan floem primerd. ujung akar dan ujung batange. ujung akar saja
7. Unsur yang diambil dari udara untukpertumbuhan dan perkembangantumbuhan hijau adalah ….a. Nitrogen d. Hidrogenb. Oksigen e. Natriumc. Karbon
8. Peluruhan daun pada musim keringdisebabkan oleh hormon ….a. auksin d. giberelinb. asam absisat e. gas etilenc. sitokinin
9. Contoh hormon sitokinin adalah ….a. asam indolasetatb. zeatinc. asam fenil asetatd. etepone. uilen
1 0 .Jika kamu menanam tumbuhan padamedia air disebut ….a. hidroponikb. aeroponikc. media biasad. media gambute. media arang
1 1 .Untuk menghilangkan sifat kerdilsecara genet ik pada tumbuhan,dibutuhkan hormon ….a. auksin d. giberelinb. sitokinim e. traumalinc. kaukalin
M a r i B e r k o m p e t e n s iM a r i B e r k o m p e t e n s i
gung
belahyang
ebut
adah
gian-
n biji
telah
cang
kotil.
kmu
berisi soal dalam bentukpilihan dan uraian yangbertujuan mengetahuipemahamanmu terhadapmateri yang telah dipelajaridalam satu bab
u makromolekul yang disusun olehSedangkan, enzim adalah proteinmpuan sebagai katalisator reaksimetabolisme seluler. Berdasarkann Tatum (1941), gen mengendalikankehidupan individu melalui prosesdi, perubahan struktur gen dapat
n struktur protein pada tingkat asamya akan menyebabkan perubahanme.
esis langsung oleh gen, melainkansi dan translasi. Transkripsi adalahtuk membentuk RNA-d. Sedangkan,enerjemahan informasi genetik yang
menjadi runtunan asam aminonskripsi, DNA digunakan sebagaiein. Untuk lebih mengetahui tentangdalam sintesis protein, mari cermati
roses transfer informasi genetik darim molekul RNA yang dipandu olehagai katalisatornya. Runtunan basantukan oleh runtunan basa yangDNA, dan setiap basa tersebut akaneotidanya, kemudian dirangkaikan
nskriptase dimulai dari tanda awalda akhir (terminator). Hanya ruasnda itu yang akan ditranskripsikan.
ndali protein sehingga gen harusntara promotor dan terminator.
nskripsi di dalam inti sel selesai,uar dari inti untuk menjadi modelunan rangkaian asam amino padaasi genetik yang dibawa oleh RNA-n basa yang dikandungnya. Setiap
yang berdampingan mengandungertentu, yang dapat diterjemahkan
amino. Dalam satu rantai RNA-d,yang menjadi pola cetakan dalams yang diapit oleh kodon awal (AUG)UAG, UGA)
5. Asal-Usul Kloroplas
Seperti halnya mitokondria, kloroplas juga terbentuk melaluiendosimbiosis. Pada awal pertengahan kehidupan telah terbentuksel autotrof yang diduga mirip dengan Cyanobakteri (bakteri biru)pada masa sekarang ini. Sel purba heterotrof yang bernapas secaraaerobik dan memiliki membran inti, menelan sel autotrof yang mampuberfotosintesis.
Sel autotrof yang hidup di dalamnya mendapatkan karbondioksida dan air dari sel inangnya, sementara itu sel inangmendapatkan oksigen dan hasil-hasil fotosintesis. Sel autotrof iniakhirnya menjadi kloroplas. Terbentuklah sel berkloroplas, berinti,memiliki mitokondria, yang merupakan cikal bakal sel tumbuhan.
Hipotesis endosimbiosis kloroplas ini dikemukakanberdasarkan kenyatan pada saat ini, bahwa:a) Kloroplas memiliki membran rangkap dan membran luarnya
mirip dengan struktur membran sel.b) Ada beberapa fotosintetik (cyanobakteria) yang memiliki
membrane fotosintetik, yang mirip dengan tilakoid padakloroplas.
c) Didalam kloroplas terdapat DNA yang juga dijumpai padabakteri fotosintetik.
d) Kloroplas dapat bertambah banyak melalui pembelahan,seperti halnya bakteri.
Kenyataan saat ini bahwaperbedaan antara hewantingkat rendah dan tumbuhantingkat rendah tidak jelas. Halini menyebabkan para pakarberpendapat bahwa hewandan tumbuhan bersel satuberasal satu, yaitu berasal darinenek moyang yang sama.Bentuk asal yang sama inimerupakan asal dari flageliatayang ada saat ini. Contohflageliata yang memiliki sifatseperti hewan dan tumbuhanadalah Euglena.
(Encarta, 2005)
1234567890123456789012345123456789012345678901234512345678901234567890123451234567890123456789012345123456789012345678901234512345678901234567890123451234567890123456789012345
Kamu telah mempelajari asal-usul kehidupan. Hal-hal penting apasajakah yang harus diketahui dalam mempelajarinya? Catatlah dalambentuk rangkuman. Kemudian, tukarlah hasil rangkumanmu denganrangkuman teman. Berikan masukan dan saran pada rangkuman masing-masing.
Evolusi = suatu teori yang menjelaskan bahwa makhluk terbentuk secaratiba-tiba dari benda mati.
Evolusi Biokimia = suatu teori yang menjelaskan perubahan-perubahan secaraperlahan-lahan tentang terbentuknya bahan-bahan organikdari bahan-bahan anorganik.
Daftar IstilahDaftar Istilah
berisi rangkuman dari materiyang dipelajari dalam satu bab
berisi beberapa istilah yangterdapat di setiap bab
berisi informasi yangberkaitan denganmateri yang sedangdibahas
ix
Bab 1 Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan
1
BabBab Pertumbuhan danPerkembangan Tumbuhan11
Peta Konsep
Auksin
Giberelin
Gas etilen
Asam absisat
Nutrisi dan air
Cahaya
Suhu
Kelembapan
Hormon
Faktor lingkungan
Sitokinim
Oksigen
Perkecambahan
Pertumbuhan primer
Pertumbuhan sekunder
Struktur biji
Faktor yang mempengaruhiPertumbuhan dan perkembangantumbuhan
Pertumbuhan danperkembangan pada tumbuhan
Pertumbuhan danperkembangan tumbuhan
Fisiologi perkecambahan
SHARED BY: MY-DIARYZONE.BLOGSPOT.COM
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
2
Pernahkah kamu memperhatikan tinggi badanmu? Cobakamu bandingkan tinggi badanmu sewaktu di SMP dengansekarang. Apakah ada perubahan? Kamu sekarang bertambahtinggi. Hal ini terjadi karena kamu mengalami pertumbuhan.Pertumbuhan adalah suatu proses pertambahan ukuran, baikvolume, bobot, jumlah sel atau protoplasma yang bersifatirreversible (tidak dapat kembali ke asal).
Pertumbuhan dan perkembangan terjadi pada makhlukhidup, baik pada manusia, hewan, maupun tumbuhan.Sekarang, kamu akan mempelajari pertumbuhan dan perkem-bangan pada tumbuhan. Bagaimana proses pertumbuhan danperkembangan pada tumbuhan, faktor-faktor apa saja yangmempengaruhinya? Kamu akan mengetahui jawabannyasetelah mempelajari bab ini, mari ikuti pembahasan berikut ini.
Pertumbuhan danPerkembanganpada Tumbuhan
A
Biji adalah alat reproduksi, penyebaran, dankelangsungan hidup suatu tumbuhan. Selain itu,bagi tumbuhan berbiji, biji merupakan awal darikehidupan tumbuhan baru di luar induknya.
Jika biji tanaman dikotil seperti kacang-kacangan, kamu belah menjadi dua, kamu akanmendapatkan struktur biji yang terdiri atas plumula,hipokotil, radikula, kotiledon dan embrio.Sedangkan, struktur biji tanaman monokotil,misalnya jagung terdiri atas koleoptil, plumula,radikula, koleoriza, skutelum dan endosperma.
Bagian-bagian biji tersebut mempunyai fungsi masing-masing untuk pertumbuhan tanaman. Pada biji tanaman dikotilmaupun monokotil, plumula merupakan poros embrio yangtumbuh ke atas yang selanjutnya akan tumbuh menjadi daunpertama, sedangkan radikula adalah poros embrio yang tumbuhke bawah dan akan menjadi akar primer. Pada tanamanmonokotil, misalnya jagung, kotiledon mengalami modifikasimenjadi skutelum dan koleoptil. Skutelum berfungsi sebagai alatpenyerap makanan yang terdapat di dalam endosperma,sedangkan koleoptil berfungsi melindungi plumula. Selain itu,pada jagung juga terdapat koleoriza yang berfungsi melindungiradikula.
1. Struktur Biji
Tumbuhan merupakan salah satu organisme hidup yangmemiliki ciri-ciri, antara lain tumbuh dan berkembangbiak.Tumbuhan berbiji (monokotil dan dikotil) memiliki alatperkembangbiakan berupa biji. Mari cermati.
Gambar 1.1Struktur biji monokotil (a) dandikotil (b)
Diskusikan dengan temansebangkumu.Apa perbedaan bijimonokotil dan dikotil?
kulit biji
plumula
radikula
hipokotil
epikotil
kotiledon
a) Kacang (dikotil)
b) Jagung (monokotil)
kotiledon (skutelum)
plumula
koleoriza
jaringan buah
kulit biji
endospern
epikotil
radikula
koleoptil
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
idSHARED BY: MY-DIARYZONE.BLOGSPOT.COM
Bab 1 Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan
3
2. Perkecambahan
Diskusikan dengan temansebangkumu.Apa perbedaan antaraperkecambahan epigealdan hipogeal?
Gambar 1.2Perkecambahan epigeal (a)dan hipogeal (b)
daun muda
epikotil
radikula
kotiledon
Perkecambahan adalah peristiwa tumbuhnya embrio didalam biji menjadi tanaman baru. Biji akan berkecambah jikaberada dalam lingkungan yang sesuai. Proses perkecambahanini memerlukan suhu yang cocok, banyaknya air yang memadai,persediaan oksigen yang cukup, kelembapan, dan cahaya.
Struktur biji yang berbeda antara tumbuhan monokotil dandikotil akan menghasilkan struktur kecambah yang berbedapula. Pada tumbuhan monokotil, struktur kecambah meliputiradikula, akar primer, plumula, koleoptil, dan daun pertama.Sedangkan, pada kecambah tumbuhan dikotil terdiri atas akarprimer, hipokotil, kotiledon, epikotil, dan daun pertama.
Berdasarkan letak kotiledonnya, perkecambahan dapatdibedakan menjadi dua, yaitu epigeal dan hipogeal.a. Pada perkecambahan epigeal, kotiledon terdapat di
permukaan tanah karena terdorong oleh pertumbuhanhipokotil yang memanjang ke atas.
b. Pada perkecambahan hipogeal, kotiledon tetap berada dibawah tanah, sedangkan plumula keluar dari permukaantanah disebabkan pertumbuhan epikotil yang memanjangke arah atas.
daun muda
radikula
kotiledon
(a)
(b)
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
4
Bekerjalah dengan teman sekelompokmu.
JudulStruktur Biji dan Kecambah Monokotil dan Dikotil
TujuanMempelajari perbedaan struktur biji dan kecambah jagung(monokotil) dan kacang tanah (dikotil).
Bahan dan Alat1) Biji jagung dan kacang tanah masing-masing ± 10 butir2) Wadah plastik yang berisi media kapas basah
Cara KerjaA. Mempelajari Struktur Biji1) Amati biji jagung dan biji kacang tanah dengan cara
membelah biji tersebut. Sehingga, kamu dapat mengamatiembrio yang ada di dalam biji.
2) Gambarlah struktur biji jagung dan kacang tanah tersebutdan tuliskan bagian-bagiannya.
B. Mempelajari Struktur Kecambah1) Kecambahkan biji jagung dan biji kacang tanah dalam
wadah plastik dengan media kapas basah.2) Setelah berumur ± 1 minggu, gambar dan tuliskan bagian-
bagian kecambah.
Pertanyaan1) Tuliskan perbedaan antara struktur biji jagung dan biji
kacang tanah.2) Jelaskan fungsi dari bagian-bagian embrio biji yang telah
kamu amati.3) Tuliskan perbedaan antara kecambah jagung dan kacang
tanah.4) Tuliskan perbedaan antara tanaman dikotil dan monokotil.
Apa yang dapat disimpulkan? Diskusikan hasil kelompokmudengan kelompok lain.
Mari MencobaMari Mencoba
Untuk mengetahui struktur biji dan kecambah monokotildan dikotil. Coba kamu lakukan percobaan berikut ini.
Bab 1 Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan
5
Untuk memulai kehidupannya, biji harus berkecambahmenjadi tanaman baru. Perkecambahan biji dimulai denganimbibisi dan diakhiri ketika radikula memanjang atau munculmelewati kulit. Perkecambahan biji dapat dibagi menjadi4 tahap, yaitu:a) Hidrasi atau imbibisi; selama kedua periode tersebut, air
masuk ke dalam embrio dan membasahi protein dan koloidlain.
b) Pembentukan atau pengaktifan enzim yang menyebabkanpeningkatan aktivitas metabolik.
c) Pemanjangan sel radikula, diikuti munculnya radikula darikulit biji.
d) Pertumbuhan kecambah selanjutnya adalah pertumbuhanprimer.
3. Fisiologi Perkecambahan
Setelah proses perkecambahan, tumbuhan mengalamipertumbuhan dan perkembangan lebih lanjut. Tumbuhanakan membentuk akar, batang, dan daun. Ujung batangdan ujung akar akan tumbuh memanjang karena adanyaaktivitas sel-sel meristematis. Proses ini disebut pertumbuhanprimer. Sel-sel meristem dapat juga berdiferensiasi menjadisel-sel yang memiliki struktur dan fungsi yang khusus.
Daerah pertumbuhan pada ujung batang dan ujungakar dapat dibedakan menjadi 3 daerah, yaitu:a) Daerah pembelahan terdapat pada ujung akar.
Sel-sel meristem di daerah ini akan mengalamipertumbuhan dan perkembangan struktur akarpertama.
b) Daerah pemanjangan terletak setelah daerahpembelahan. Pada daerah ini, sel-sel mengalamipembesaran dan pemanjangan.
c) Daerah diferensiasi. Daerah yang sel-selnyaberdiferensiasi menjadi sel-sel yang memilikistruktur dan fungsi khusus.
4. Pertumbuhan Primerkorteks
epidermispembuluhsilinder
rambutakar
seratselulosa
daerahapikal
meristem
tudungakar
Di antara xilem dan floem terdapat kambium yang sel-selnya aktif membelah. Pada tumbuhan dikotil, jaringan xilemdan floem primer terdapat pada batang dan akar yang hidupselama periode yang relatif pendek. Kemudian, fungsinyadiambil alih oleh jaringan pembuluh sekunder yang dihasilkanoleh kambium yang aktif membelah.
5. Pertumbuhan Sekunder
Gambar 1.3Daerah pemanjangan akar
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
6
Pertumbuhan kambium ke arah luar membentuk floemsekunder, dan ke arah dalam membentuk xilem sekundersehingga batang tumbuhan bertambah besar. Aktivitaskambium yang membentuk xilem dan floem sekunder inidisebut pertumbuhan sekunder. Semua jaringan yang ada disebelah dalam kambium disebut kayu, sedangkan di sebelah luarkambium disebut kulit atau papagan.
Pembentukan xilem dan floem sekunder pada batangterjadi karena aktivitas kambium yang dipengaruhi oleh musim.Jika kondisi lingkungan kurang menguntungkan, maka aktivitaskambium menjadi rendah sehingga xilem dan floem sekunderyang dihasilkan sedikit. Namun sebaliknya, pada musim hujan,aktivitas kambium ini akan meningkat. Perbedaan aktivitaskambium akan menghasilkan jejak pada batang yang disebutlingkaran tahun.
getah kayu
pusat kayu
lingkaran
pusat kayu
getah kayu
kambium
floemkambium gabusgabus
Gambar 1.4Lingkaran tahun
Faktor yangMempengaruhi
Pertumbuhan danPerkembangan
Tumbuhan
B Pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan sangatdipengaruhi oleh faktor dalam dan faktor luar tumbuhan.Faktor dalam adalah semua faktor yang terdapat dalam tubuhtumbuhan antara lain faktor genetik yang terdapat di dalamgen dan hormon. Gen berfungsi mengatur sintesis enzim untukmengendalikan proses kimia dalam sel. Hal ini yangmenyebabkan pertumbuhan dan perkembangan. Sedangkan,hormon merupakan senyawa organik tumbuhan yang mampumenimbulkan respon fisiologi pada tumbuhan.
Faktor luar tumbuhan yang sangat mempengaruhipertumbuhan dan perkembangan tumbuhan, yaitu faktorlingkungan berupa cahaya, suhu, oksigen dan kelembapan.Untuk lebih memahami, mari cermati uraian berikut ini.
Hormon tumbuhan adalah suatu senyawa organik yangdisintesis di salah satu bagian tumbuhan dan dipindahkan ke
1. Hormon
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 1 Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan
7
bagian yang lain, pada konsentrasi yang sangat rendah mampumenimbulkan respon fisiologis. Hormon mempengaruhi responpada bagian tumbuhan, seperti pertumbuhan akar, batang,pucuk, dan pembungaan. Respon tersebut tergantung padaspesies, bagian tumbuhan, fase perkembangan, konsentrasihormon, interaksi antar hormon, dan berbagai faktorlingkungan.
Terdapat lima hormon tumbuhan yang dikenal, yaituauksin, giberelin, sitokinin, gas etilen, dan asam absisat (ABA).Mari cermati.
a. Auksin
Istilah auksin pertama kali digunakan oleh Frits Went yangmenemukan bahwa suatu senyawa menyebabkan pembeng-kokan koleoptil ke arah cahaya. Pembengkokan koleoptil yangterjadi akibat terpacunya pemanjangan sel pada sisi yangditempeli potongan agar yang mengandung auksin.
Auksin yang ditemukan Went kini diketahui sebagai asamindol asetat (IAA). Selain IAA, tumbuhan mengandung tigasenyawa lain yang dianggap sebagai hormon auksin, yaitu4-kloro indolasetat (4 kloro IAA) yang ditemukan pada biji mudajenis kacang-kacangan, asam fenil asetat (PAA) yang ditemuipada banyak jenis tumbuhan, dan asam indolbutirat (IBA) yangditemukan pada daun jagung dan berbagai jenis tumbuhandikotil.
Auksin berperan dalam berbagai macam kegiatantumbuhan di antaranya adalah:
1) Perkembangan buahPada waktu biji matang berkembang, biji mengeluarkan
auksin ke bagian-bagian bunga sehingga merangsang pemben-tukan buah. Dengan demikian, pemberian auksin pada bungayang tidak diserbuki akan merangsang perkembangan buahtanpa biji. Hal ini disebut partenokarpi.
2) Dominansi apikalDominansi apikal adalah pertumbuhan ujung pucuk suatu
tumbuhan yang menghambat perkembangan kuncup lateral dibatang sebelah bawah. Dominansi apikal merupakan akibat daritranspor auksin ke bawah yang dibuat di dalam meristem apikal.
3) AbsisiDaun muda dan buah muda membentuk auksin, agar
keduanya tetap kuat menempel pada batang. Tetapi, bilapembentukan auksin berkurang, selapis sel khusus terbentuk dipangkal tangkai daun dan buah sehingga daun dan buah gugur.
Gambar 1.5Auksin di pucuk hilangapabila pucuk dipangkas
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
8
4) Pembentukan akar adventifAuksin merangsang pembentukan akar liar yang tumbuh
dari batang atau daun pada banyak spesies.
b. Giberelin
Giberelin pertama kali ditemukan di Jepangpada 1930 dari kajian terhadap tanaman padiyang sakit. Padi yang terserang jamur Gibberellafujikuroi tersebut tumbuh terlalu tinggi. Parailmuwan Jepang mengisolasi zat dari biakanjamur tersebut. Zat ini dinamakan giberelin.Bentuk-bentuk giberelin diantaranya adalah GA3,GA1, GA4, GA5, GA19, GA20, GA37, dan GA38.Giberelin diproduksi oleh jamur dan tumbuhantinggi.
Giberelin disintesis di hampir semua bagian tanaman,seperti biji, daun muda, dan akar. Giberelin memiliki beberapaperanan, antara lain:1) Memacu perpanjangan secara abnormal batang utuh.2) Perkecambahan biji dan mobilisasi cadangan makanan dari
endosperm untuk pertumbuhan embrio.3) Perkembangan bunga dan buah.4) Menghilangkan sifat kerdil secara genetik pada tumbuhan.5) Merangsang pembelahan dan pemanjangan sel.
c. Sitokinin
Kinetin merupakan sitokinin sintetik yang pertamaditemukan oleh Carlos Miller pada ikan kering. Setelah ituditemukan senyawa sitokinin yang lain dalam endosperma cairjagung, yaitu zeatin. Sitokinin sintetik lainnya adalah BAP(6-benzilaminopurin) dan 2-ip.
Sitokinin mempunyai beberapa fungsi, antara lain:1) Memacu pembelahan sel dalam jaringan meristematik.2) Merangsang diferensiasi sel-sel yang dihasilkan dalam
meristem.3) Mendorong pertumbuhan tunas samping dan perluasan
daun.4) Menunda penuaan daun.5) Merangsang pembentukan pucuk dan mampu memecah
masa istirahat biji (breaking dormancy).
d. Gas etilen
Buah-buahan terutama yang sudah tua melepaskan gasyang disebut etilen. Etilen disintesis oleh tumbuhan dan
Gambar 1.6Pengaruh giberelin padabuah anggur (kanan)
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 1 Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan
9
menyebabkan proses pemasakan yang lebih cepat. Selain etilenyang dihasilkan oleh tumbuhan, terdapat etilen sintetik, yaituetepon (asam 2-kloroetifosfonat). Etilen sintetik ini sering digunakan para pedagang untuk mempercepat pemasakan buah.
Selain memacu pematangan, etilen juga memacuperkecambahan biji, menebalkan batang, mendorong gugurnyadaun, dan menghambat pemanjangan batang kecambah. Selainitu, etilen menunda pembungaan, menurunkan dominansiapikal dan inisiasi akar, dan menghambat pemanjangan batangkecambah.
e. Asam absisat (ABA)
Asam absisat (ABA) merupakan penghambat (inhibitor)dalam kegiatan tumbuhan. Hormon ini dibentuk pada daun-daun dewasa. Asam absisat mempunyai peran fisiologisdiantaranya adalah:1) Mempercepat absisi bagian tumbuhan yang menua, seperti
daun, buah dan dormansi tunas.2) Menginduksi pengangkutan fotosintesis ke biji yang sedang
berkembang dan mendorong sintesis protein simpanan.3) Mengatur penutupan dan pembukaan stomata terutama
pada saat cekaman air.
Untuk lebih memahami pengaruh hormon padatumbuhan, coba kamu lakukan kegiatan di bawah ini.
Bekerjalah dengan teman sekelompokmu.
JudulPengaruh Berbagai Konsentrasi Auksin terhadap InisiasiAkar
TujuanMengetahui pengaruh auksin terhadap inisiasi akar.
Bahan dan Alat1) Kecambah kacang panjang berumur lima hari sebanyak
12 buah2) Botol dengan tutup yang berlubang dan di luarnya dilapisi
oleh plastik hitam sebanyak 4 buah3) Pisau atau silet dan penggaris
Mari MencobaMari Mencoba
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
10
Faktor-faktor lingkungan yang dapat mempengaruhipertumbuhan dan perkembangan tumbuhan, antara lain:cahaya, air, mineral, kelembapan, suhu, dan gaya gravitasi.
a. Nutrisi dan AirPertumbuhan dan perkembangan tumbuhan membutuhkan
nutrisi. Nutrisi ini harus tersedia dalam jumlah cukup danseimbang, antara satu dengan yang lain. Nutrisi diambil tumbuhandari dalam tanah dan udara. Unsur-unsur yang dibutuhkan olehtumbuhan dikelompokkan menjadi dua, yaitu zat-zat organik(C, H, O, dan N) dan garam anorganik (Fe2+. Ca2+, dan lain-lain).
Berdasarkan jumlah kebutuhan tumbuhan, unsur-unsurdapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu unsur makro dan unsurmikro. Unsur yang dibutuhkan tumbuhan dalam jumlah besardisebut unsur makro. Contohnya: C, H, O, N, P, K, S, dan asamnukleat. Sedangkan, unsur mikro adalah unsur-unsur yangdibutuhkan dalam jumlah sedikit. Contohnya: Cl, Mn, Fe, Cu,Zn, B, dan Mo.
Pertumbuhan tanaman akan terganggu jika salah satu unsuryang dibutuhkan tidak terpenuhi. Misalnya, kurangnya unsurnitrogen dan fosfor pada tanaman menyebabkan tanaman menjadikerdil. Kekurangan magnesium dan kalsium menyebabkantanaman mengalami klorosis (daun berwarna pucat).
2. Faktor Lingkungan
Cara Kerja1. Siapkan 4 buah botol yang berisi 200 ml larutan:
a. Destilata (air)b. Larutan IAA dengan konsentrasi 0,1 mg/lc. Larutan IAA dengan konsentrasi 0,5 mg/ld. Larutan IAA dengan konsentrasi 1,0 mg/l
2. Potong kecambah kacang panjang tepat di atas permukaanmedia tanamnya.
3. Hilangkan kotiledon, dan potong hipokotil pada 5 cm daribekas tempat menempelnya kotiledon. Dengan cepatmasukkan hipokotil tersebut ke dalam lubang pada tutupbotol sehingga daun berada di luar botol. Letakkan semuabotol pada meja lab. Seminggu kemudian, lakukanpengamatan terhadap inisiasi akar. Hitunglah jumlah akardan panjang akar. Bandingkan hasil inisiasi akar antarakontrol, Larutan IAA 0,1 mg/l, Larutan IAA 0,5 mg/l, danLarutan IAA 1,0 mg/l.
Apa yang dapat disimpulkan? Diskusikan hasil kelompokmudengan kelompok lain.
Bab 1 Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan
11
Pemenuhan kebutuhan unsur tumbuhan diperoleh melaluipenyerapan oleh akar dari tanah bersamaan denganpenyerapan air. Air dibutuhkan tanaman untuk fotosintesis,tekanan turgor sel, mempertahankan suhu tubuh tumbuhan,transportasi, dan medium reaksi enzimatis.
Penemuan zat-zat yang dibutuhkan oleh tumbuhan untukpertumbuhan dan perkembangan menyebabkan manusiamengembangkan suatu cara penanaman tumbuhan denganmemberikan nutrisi yang tepat bagi tumbuhan. Contohaplikasinya adalah kultur jaringan dan hidroponik. Kulturjaringan membudidayakan suatu jaringan tanaman menjaditanaman kecil yang mempunyai sifat sepertiinduknya. Media tanam kultur jaringan berupalarutan atau padatan yang kaya nutrisi untuktumbuh tanaman. Kultur jaringan ini dapatmenghasilkan tanaman baru dalam jumlahbanyak dalam waktu yang relatif singkat.Sedangkan, hidroponik adalah metodepenanaman dengan menggunakan air kayanutrisi sebagai media tanam. Untuk lebihmemahami, mari cermati Tabel 1.1 Nutrisitumbuhan berikut ini.
Gambar 1.7Tanaman hidroponik
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
MakronutrienKarbon (C)
Hidrogen (H)
Oksigen (O)
Fosfor (P)
Kalium (K)
Nitrogen (N)
Sulfur (S)
Kalsium (Ca)
Besi (Fe)
CO2 (udara)
H2O (air)
O2 (udara), H2O(air)
H2PO4, HPO4–
K+
NO3–, NH4
– daritanah
SO42–
Ca2+
Fe3+, Fe2+
Penyusun bahan organik (karbohidrat,lemak, protein, enzim dan turunannya)
Penyusun bahan organik (karbohidrat,lemak, protein, enzim dan turunannya)
Penyusun bahan organik (karbohidrat,lemak, protein, enzim dan turunannya)
Penyusun asam nukleat, fosfolipidmembran sel, ATP, NADP, koenzim
Kofaktor atau aktivator enzim dalamsintesis protein dan metabolismekarbohidrat, untuk meniaga keseim-bangan ion
Penyusun asam amino, protein, asamnukleat, klorofil, hormon, dan enzim
Penyusun asam amino sistein danmetionin, koenzim-A dan beberapavitamin: tiamin dan biotin
Menjaga permeabilitas membran,membentuk kofaktor enzim dalammetabolisme karbohidrat
Pertumbuhan dan metabolismeterhambat, akhirnya mati
Pertumbuhan dan metabolismeterhambat, akhirnya mati
Pertumbuhan dan metabolismeterhambat, akhirnya mati
Pertumbuhan terhambat, daunberwarna hijau tua, daun bercakkemerahan, ada bagian yang mati
Perubahan kabohidrat terhambat,daun bercak-bercak kuning
Pertumbuhan terhambat, daun pucatdan kuning
Daun mengalami klorosis (menguning)
Pertumbuhan terhambat, gangguanaktivitas meristem ujung akhirnya mati,klorosis
NutrienBentuk yang
Tersedia Fungsi Utama Gejala Kekurangan
Tabel 1.1 Nutrisi Tumbuhan
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
12
Magnesium
MikronutrienBoron (B)
Mangan (Mn)
M o l i b d e n u m(Mo)
Seng (Zn)
Tembaga (Cu)
Klor (Cl)
Mg2+
H3BO
3
Mn2+
MoO4
Zn2+
CU+, CU2+
Cr
Berperan dalam pembentukan klorofil,merupakan komponen penting enzimsitokrom, peroksidase, dan katalase
Penyusun klorofil dan kofaktor enzimdalam metabolisme karbohidrat
Berperan dalam translokasi glukosa
Komponen enzim yang mereduksi nitratmenjadi nitrit. Penting untuk fiksasi Npada bakteri
Dibutuhkan dalam sintesis triptofan(prekursor auksin), aktivator beberapaenzim dehidrogenase dan berperandalam sintesis protein
Berperan dalam transfer elektron didalam kloroplas, komponen enzim yangberperan dalam reaksi redoks
Aktivator fotosintesis dan kesetim-bangan ionik
Klorosis, daun menjadi kuning pucat,dan mati
Klorosis dari batang bawah ke ujungdaun, pucat dan mati
Ujung batang mengering dan rusak
Pertumbuhan terhambat
Ukuran daun dan panjang ruas-ruasmenjadi berkurang
Daun muda berwarna hijau tua, daunberguguran
Daun layu, klorosis, akar pendek danmenebal
b. Cahaya
Kualitas, intensitas, dan lamanya radiasi yang mengenaitumbuhan mempunyai pengaruh yang besar terhadap berbagaiproses fisiologi tumbuhan. Cahaya mempengaruhipembentukan klorofil, fotosintesis, fototropisme, danfotoperiodisme. Efek cahaya meningkatkan kerja enzim untukmemproduksi zat metabolik untuk pembentukan klorofil.Sedangkan, pada proses fotosintesis, intensitas cahayamempengaruhi laju fotosintesis saat berlangsung reaksi terang.Jadi cahaya secara tidak langsung mengendalikan pertumbuhandan perkembangan tanaman, karena hasil fotosintesis berupakarbohidrat digunakan untuk pembentukan organ-organtumbuhan.
Perkembangan struktur tumbuhan juga dipengaruhi olehcahaya (fotomorfogenesis). Efek fotomorfogenesis ini dapatdengan mudah diketahui dengan cara membandingkankecambah yang tumbuh di tempat terang dengan kecambahdari tempat gelap. Kecambah yang tumbuh di tempat gelapakan mengalami etiolasi atau kecambah tampak pucat danlemah karena produksi klorofil terhambat oleh kurangnyacahaya. Sedangkan, pada kecambah yang tumbuh di tempatterang, daun lebih berwarna hijau, tetapi batang menjadi lebihpendek karena aktifitas hormon pertumbuhan auksin terhambatoleh adanya cahaya.
Bab 1 Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan
13
1) FototropismePercobaan N Cholodny dan Frits went menerangkan
bahwa pada ujung koleoptil tanaman, pemanjangan sel yanglebih cepat terjadi di sisi yang teduh daripada sisi yang terkenacahaya. Sehingga, koleoptil membelok ke arah datangnyacahaya. Hal ini terjadi, karena hormon auksin yang bergunauntuk pemanjangan sel berpindah dari sisi tersinari ke sisiterlindung.
Banyak jenis tumbuhan mampu melacak matahari, dalamhal ini lembar datar daun selalu hampir tegak lurus terhadapmatahari sepanjang hari. Kejadian tersebut dinamakandiafototropisme. Fototropisme ini terjadi pada famili Malvaceae.
Untuk lebih memahami pengaruh cahaya terhadaptanaman atau perkecambahan, coba kamu rencanakan danlaksanakan kegiatan berikut ini dengan teman sekelompokmu.
Gambar 1.8Pengaruh auksin terhadapfototropisme
Bekerjalah dengan teman sekelompokmu.
JudulPengamatan Pengaruh Cahaya terhadap Perkecambahan
TujuanMengetahui pengaruh cahaya terhadap perkecambahan.
Alat dan Bahan1) Dua buah cawan petri2) Kapas secukupnya3) Biji kacang hijau sebanyak 20 biji4) Air secukupnya5) Penggaris
Cara Kerja1) Berilah label pada cawan petri (misalnya A dan B)2) Letakkan kapas pada cawan petri A dan B, kemudian
basahi dengan air secukupnya sampai merata.3) Rendamlah 20 biji kacang hijau selama kurang lebih 2 jam.
Kemudian, masukkan 10 biji kacang hijau ke dalam cawanpetri A dan 10 biji ke dalam cawan petri B.
4) Letakkan cawan petri A di tempat yang terkena cahayamatahari dan cawan B di tempat gelap. Agar kelembapantetap terjaga, beri air secukupnya setiap hari.
Mari MencobaMari Mencoba
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
14
2) FotoperiodismeInterval penyinaran sehari-hari terhadap tumbuhan
mempengaruhi proses pembungaan. Lama siang hari di daerahtropis kira-kira 12 jam. Sedangkan, di daerah yang memilikiempat musim dapat mencapai 16 - 20 jam. Respon tumbuhanyang diatur oleh panjangnya hari ini disebut fotoperiodisme.Fotoperiodisme dipengaruhi oleh fitokrom (pigmen penyerapcahaya). Fotoperiodisme menjelaskan mengapa pada spesiestertentu biasanya berbunga serempak. Tumbuhan yangberbunga bersamaan ini sangat menguntungkan, karenamemberi kesempatan terjadinya penyerbukan silang.
Berdasarkan panjang hari, tumbuhan dapat dibedakanmenjadi empat macam, yaitu:a) Tumbuhan hari pendek, tumbuhan yang berbunga jika
terkena penyinaran kurang dari 12 jam sehari. Tumbuhanhari pendek contohnya krisan, jagung, kedelai, anggrek,dan bunga matahari.
b) Tumbuhan hari panjang, tumbuhan yang berbunga jikaterkena penyinaran lebih dari 12 jam (14 - 16 jam) sehari.Tumbuhan hari panjang, contohnya kembang sepatu, bitgula, selada, dan tembakau.
c) Tumbuhan hari sedang, tumbuhan yang berbunga jikaterkena penyinaran kira-kira 12 jam sehari. Tumbuhan harisedang contohnya kacang dan tebu.
5) Amati dengan cermat setiap hari, bagaimana kondisikecambah dan ukurlah panjang kecambah di kedua cawantersebut. Kemudian, catat hasilnya ke dalam Tabel 1.2 danbuatlah grafiknya setelah 5 hari berkecambah. Bandingkanpanjang kecambah, warna, dan ketegaran kecambah padakedua cawan.
Tabel 1.2 Pengamatan kecambah
Hari ke-Panjang Kecambah (cm) Kondisi Kecambah
A B A B
1
2
3
4
5
6) Buatlah kesimpulan tentang perbedaan panjang dankondisi kecambah karena pengaruh cahaya terhadapperkecambahan.
7) Diskusikan hasil kelompokmu dengan kelompok lain.
Bab 1 Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan
15
c. Oksigen
Oksigen mempengaruhi pertumbuhan tumbuhan. Dalamrespirasi pada tumbuhan, terjadi penggunaan oksigen untukmenghasilkan energi. Energi ini digunakan, antara lain untukpemecahan kulit biji dalam perkecambahan, dan aktivitastumbuhan.
d. Suhu udara
Pertumbuhan dipengaruhi oleh kerja enzim dalamtumbuhan. Sedangkan, kerja enzim dipengaruhi oleh suhu.Dengan demikian, pertumbuhan tumbuhan sangat dipengaruhioleh suhu. Setiap spesies atau varietas mempunyai suhuminimum, rentang suhu optimum, dan suhu maksimum. Dibawah suhu minimum ini tumbuhan tidak dapat tumbuh, padarentang suhu optimum, laju tumbuhnya paling tinggi, dan diatas suhu maksimum, tumbuhan tidak tumbuh atau bahkanmati.
e. Kelembapan
Laju transpirasi dipengaruhi oleh kelembapan udara. Jikakelembapan udara rendah, transpirasi akan meningkat. Hal inimemacu akar untuk menyerap lebih banyak air dan mineraldari dalam tanah. Meningkatnya penyerapan nutrien oleh akarakan meningkatkan pertumbuhan tanaman.
Gambar 1.8Tumbuhan hari pendek (a)dan tumbuhan hari panjang (b)
Diskusikan dengan temansebangkumu.Coba kamu amati Gambar1.8. Jelaskan pengaruhpencahayaan terhadapkedua tanaman tersebut.
Gelap
Cahaya
d) Tumbuhan hari netral, tumbuhan yang tidak responsifterhadap panjang hari untuk pembungaannya. Tumbuhanhari netral contohnya mentimun, padi, wortel liar, dankapas.
(a) (b)
waktu kritis
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
16
1234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567
Kamu telah mempelajari pertumbuhan dan perkembangantumbuhan. Hal-hal penting apa sajakah yang harus diketahui dalammempelajarinya? Catatlah dalam bentuk rangkuman. Kemudian,tukarlah hasil rangkumanmu dengan rangkuman teman. Berikanmasukan dan saran pada rangkuman masing-masing.
Daftar IstilahDaftar Istilah
Epigeal = tipe perkecambahan yang menghasilkan kotiledon danepikotil keluar dari biji, karena pemanjangan hipokotil.Sehingga, kotiledon keluar ke atas tanah.
Etiolasi = pertumbuhan tumbuhan dalam keadaan gelap, batangnyamemanjang dan daun berwarna pucat karena kurangcahaya.
Hipogeal = tipe perkecambahan yang menghasilkan sedikit hipokotilsehingga kotiledon tetap berada di dalam biji. Oleh karenaitu, kotiledon tidak keluar ke atas tanah.
Klorosis = keadaan abnormal pada daun yang kehilangan klorofilsehingga daun berwarna pucat kekuningan. Keabnormalanini disebabkan karena penyakit, kurang pencahayaan dandefisiensi besi, magnesium atau tembaga.
Koleoptil = selaput yang menyelubungi jaringan ujung pangkal daunpertama pada embrio monokotil.
Kotiledon = kepingan biji yang merupakan daun pertama lembaga padatumbuhan jumlahnya satu pada monokotil dan dua padadikotil.
Lingkaran tahun = daerah pada irisan melintang batang yang dapat dibedakanantara floem dan xilem yang terbentuk dalam satu tahun.
Partenokarpi = perkembangan buah tanpa biji, kerena tidak terjadipembuahan.
Bab 1 Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan
17
1. Makhluk hidup menunjukkan prosespertumbuhan pada peristiwa peruba-han biologis, kecuali ….a. pertambahan volume selb. pertambahan jumlah selc. bersifat reversible atau dapat balikd. pertambahan ukuran sele. bersifat irreversible
2. Ujung batang tanaman dapat mem-bengkok ke arah datangnya cahayakarena pengaruh hormon ….a. gas etilen d. giberelinb. auksin e. sitokininc. asam absisat
3. Buah semangka tanpa biji dapat kamuperoleh dengan memberikan hormon….a. sitokinin d. auksinb. giberelin e. etilenc. asam absisat
4. Unsur makro yang berperan sebagaikofaktor enzim tumbuhan adalah ….a. C, H, dan O d. N, C, dan Ob. O, P, dan H e. K, Ca, dan Nc. K, Ca, dan Mg
5. Hormon yang berperan mempercepatproses pemasakan buah adalahhormon ….a. gas etilen d. giberelinb. asam absisat e. sitokininc. auksin
6. Yang termasuk pertumbuhan sekun-der adalah pertumbuhan padabagian-bagian ….a. xilem sekunder dan floem
sekunder
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat di setiap soal-soal berikut.
b. ujung akar dan xilem sekunderc. xilem primer dan floem primerd. ujung akar dan ujung batange. ujung akar saja
7. Unsur yang diambil dari udara untukpertumbuhan dan perkembangantumbuhan hijau adalah ….a. Nitrogen d. Hidrogenb. Oksigen e. Natriumc. Karbon
8. Peluruhan daun pada musim keringdisebabkan oleh hormon ….a. auksin d. giberelinb. asam absisat e. gas etilenc. sitokinin
9. Contoh hormon sitokinin adalah ….a. asam indolasetatb. zeatinc. asam fenil asetatd. etepone. uilen
10. Jika kamu menanam tumbuhan padamedia air disebut ….a. hidroponikb. aeroponikc. media biasad. media gambute. media arang
11. Untuk menghilangkan sifat kerdilsecara genetik pada tumbuhan,dibutuhkan hormon ….a. auksin d. giberelinb. sitokinim e. traumalinc. kaukalin
M a r i B e r k o m p e t e n s iM a r i B e r k o m p e t e n s i
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
18
1. Tuliskanlah tiga daerah pertumbuhan pada ujung batang dan ujung akar menurutaktivitasnya.
2. Jelaskan bagaimana terbentuknya lingkaran tahun pada batang dikotil.
3. Jelaskan mengenai fototropisme tumbuhan.
4. Tuliskanlah empat jenis tumbuhan berdasarkan pengaruh lamanya siang.
5. Jelaskan penggolongan nutrien tumbuhan berdasarkan kebutuhannya.
B. Jawablah soal-soal berikut dengan singkat dan jelas.
12. Untuk membentuk kalus padatumbuhan, dibutuhkan hormon ….a. auksin d. giberelinb. sitokinim e. traumalinc. kaukalin
13. Unsur yang diperlukan tumbuhanhijau dari udara untuk prosesfotosintesis adalah ….a. oksigen d. hidrogenb. nitrogen e. karbonc. fosfat
14. Pernyataan mengenai cahaya dibawah ini benar, kecuali ….a. cahaya diperlukan untuk proses
fotosintesis
b. cahaya mempercepat pertumbuhanc. tanpa cahaya terjadi etiolasid. cahaya inframerah berperan untuk
menentukan suhu lingkungan.e. cahaya merah, dan nila diperlu-
kan untuk fotosintesis
15. Tunas dapat membengkok ke ataskarena pengaruh hormon ….a. auksin d. giberelinb. sitokinin e. traumalinc. kaukalin
Bab 2 Metabolisme Sel
19
BabBab Metabolisme Sel22Peta Konsep
Pengertianmetabolisme
Metabo l ismes e l
Enz im
Gugus prostetik
Ion-ion organik
komponene n z i m Ko-enzim
Teori gembok dan anakkunciCara kerja
e n z i m Teori kecocokan yangterinduksi
Mengubah kecepatanreaksi
Bekerja secara spesifik
Bekerja bolak-balik
Diperlukan dalam jumlahsedikit
Merupakan proteinSifat-sifatenzim
SuhuFaktor-faktor yangmempengaruhi aktivitasenzim
pH
Inhibitor
Katabolisme
Glikolisis
Transpor elektron
Respirasi aerob Siklus krebs
Fermentasi asam laktat
Fermentasi alkoholRespirasi anaerob
Reaksi terangFotosintesis
Reaksi gelapKomosintesis
Sintesis lemak
Sintesis protein
Anabolisme
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
20
Selama ini kamu biasa beraktivitas, seperti berlari, makan,berenang dan lain-lain. Tetapi, pernahkah kamu berpikir, darimanakah energi atau tenaga yang kamu peroleh? Tenaga yangkamu peroleh berasal dari makanan yang kamu makan.Makanan ini dicerna oleh alat pencernaan menjadi sari-sarimakanan, kemudian diserap oleh tubuh melalui pembuluhdarah ke sel-sel tubuh. Di dalam mitokondria sel, zat makananini diurai untuk menghasilkan energi. Proses ini disebut prosespenguraian atau katabolisme. Katabolisme merupakan salah satuproses metabolisme sel. Kamu akan mengetahui tentangmetabolisme pada organisme mempelajari bab ini, mari ikutiuraiannya.
PengertianMetabolisme
A Makhluk multiseluler, baik manusia, hewan, maupuntumbuhan tersusun atas jutaan sel. Tiap sel memiliki fungsitertentu untuk kelangsungan hidup suatu organisme. Untukmenjalankan fungsinya, sel melakukan proses metabolisme.Metabolisme adalah reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalamsel. Reaksi kimia ini akan mengubah suatu zat menjadi zat lain.
Metabolisme sel dapat dibagi menjadi dua, yaitukatabolisme dan anabolisme. Katabolisme adalah prosespenguraian senyawa untuk menghasilkan energi. Sedangkan,anabolisme adalah proses sintesis senyawa atau komponendalam sel hidup. Umumnya, dalam proses metabolik melibatkanaktivitas katalis biologik yang disebut enzim dengan melibatkanATP.
Metabolisme merupakan rangkaian reaksi kimia yangdiawali dengan substrat yang diakhiri dengan produk. Reaksidalam sel tidak terjadi bolak-balik, melainkan berjalan ke satuarah. Tiap produk akan menjadi reaktan bagi reaksi selanjutnya.Reaksi ini berurutan sampai produk akhir, membentuk suatujalur metabolisme.
A → B B → C C → D D → E
Jalinan A → B → C → D → E merupakan rangkaian reaksiyang membentuk suatu jalur metabolisme. Dalam jalur ini, Aadalah substrat (reaksi awal) dan E adalah produk akhir. Jalurmetabolisme ini dipengaruhi oleh enzim yang mengkatalis tiaptahap reaksi kimia.
Gambar 2.1Orang sedang berenang
Gambar 2.2Mitokondria 1 2 3 4
membran dalam
membran luar
Sum
ber:
Dok
umen
pen
erbi
tS
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Bab 2 Metabolisme Sel
21
EnzimB
Substrat + enzim →→→→→ kompleks enzim dengan substrat →→→→→ enzim + produk
Enzim disintesis di dalam sel-sel hidup. Sebagian besarenzim bekerja di dalam sel sehingga disebut enzim intraseluler.Contoh enzim intraseluler adalah katalase yang memecahsenyawa-senyawa berbahaya, seperti hidrogen peroksida padasel-sel hati. Sedangkan, enzim yang dibuat di dalam sel danmelakukan fungsinya di luar sel disebut enzim ekstraseluler.Contoh enzim ekstraseluler adalah enzim-enzim pencernaan,seperti amilase yang memecah amilum menjadi maltosa.
Reaksi biokimia yang dikendalikan oleh enzim, antara lainrespirasi, pertumbuhan, perkecambahan, kontraksi otot,fotosintesis, fiksasi nitrogen, proses pencernaan, dan lain-lain.Untuk lebih mengetahui tentang enzim, mari cermati uraianberikut ini.
Gambar 2.3Penyatuan enzim dengansubstrat menghasilkan produk.
SUBSTRAT
ENZIM
HASIL
1. Komponen Enzim
Penyusun utama suatu enzim adalah molekul protein yangdisebut Apoenzim. Agar berfungsi sebagaimana mestinya, enzimmemerlukan komponen lain yang disebut kofaktor. Kofaktoradalah komponen nonprotein berupa ion atau molekul.
Enzim adalah senyawa organik atau katalis protein yangdihasilkan sel dalam suatu reaksi. Enzim bekerja sebagai katalisdalam tubuh makhluk hidup, oleh karena itu disebutbiokatalisator. Kamu akan mengetahui fungsi enzim dalamproses metabolisme setelah mempelajari subbab ini.
Enzim bertindak sebagai katalis, artinya enzim dapatmeningkatkan laju reaksi kimia tanpa ikut bereaksi ataudipengaruhi oleh reaksi kimia tersebut. Enzim ini memiliki sifatyang khas, artinya hanya mempengaruhi zat tertentu yangdisebut substrat. Substrat adalah molekul yang bereaksi dalamsuatu reaksi kimia dan molekul yang dihasilkan disebut produk.Misalnya, enzim protease, substratnya adalah protein danbentuk reaksinya mengubah protein menjadi asam amino. Jadi,asam amino disebut produk. Untuk lebih memahami cara kerjaenzim, mari cermati Gambar 2.3 di bawah ini.
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
22
Berdasarkan ikatannya, kofaktor dapat dibagi menjadi tigakelompok, yaitu gugus prostetik, ko-enzim, dan ion-ionanorganik.
a) Gugus prostetik merupakan tipe kofaktor yang biasanyaterikat kuat pada enzim, berperan memberi kekuatantambahan terhadap kerja enzim. Contohnya adalah heme,yaitu molekul berbentuk cincin pipih yang mengandungbesi. Heme merupakan gugus prostetik sejumlah enzim,antara lain katalase, peroksidase, dan sitokrom oksidase.
b) Ko-enzim merupakan kofaktor yang terdiri atas molekulorganik nonprotein yang terikat renggang dengan enzim.Ko-enzim berfungsi untuk memindahkan gugus kimia,atom, atau elektron dari satu enzim ke enzim yang lain.Contohnya, tiamin pirofosfat, NAD, NADP+, dan asamtetrahidrofolat.
c) Ion-ion anorganik merupakan kofaktor yang terikat denganenzim atau substrat kompleks sehingga fungsi enzim lebihefektif. Contohnya, amilase dalam ludah akan bekerja lebihbaik dengan adanya ion klorida dan kalsium.
Beberapa kofaktor tidak berubah di akhir reaksi, tetapikadang-kadang berubah dan terlibat dalam reaksi yang lain.Enzim yang terikat dengan kofaktornya disebut haloenzim.
Enzim mengkatalis reaksi dengan cara meningkatkan lajureaksi. Enzim meningkatkan laju reaksi dengan caramenurunkan energi aktivasi (energi yang diperlukan untukreaksi) dari EA1 menjadi EA2. (Lihat Gambar 2.4). Penurunanenergi aktivasi dilakukan dengan membentuk kompleks dengansubstrat. Setelah produk dihasilkan, kemudian enzimdilepaskan. Enzim bebas untuk membentuk kompleks barudengan substrat yang lain.
Enzim memiliki sisi aktif, yaitubagian enzim yang berfungsi sebagaikatalis. Pada sisi ini, terdapat gugusprostetik yang diduga berfungsi sebagaizat elektrofilik sehingga dapat meng-katalis reaksi yang diinginkan.
Bentuk sisi aktif sangat spesifiksehingga diperlukan enzim yang spesifikpula. Hanya molekul dengan bentuktertentu yang dapat menjadi substratbagi enzim. Agar dapat bereaksi, enzimdan substrat harus saling komplementer.
2. Cara Kerja Enzim
Gambar 2.4Grafik kerja enzim
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 2 Metabolisme Sel
23
Cara kerja enzim dapat dijelaskan dengan dua teori, yaituteori gembok dan anak kunci, dan teori kecocokan yangterinduksi.
a. Teori gembok dan anak kunci (Lock and key theory)Enzim dan substrat bergabung bersama membentuk
kompleks, seperti kunci yang masuk dalam gembok. Di dalamkompleks, substrat dapat bereaksi dengan energi aktivasi yangrendah. Setelah bereaksi, kompleks lepas dan melepaskanproduk serta membebaskan enzim.
b. Teori kecocokan yang terinduksi (Induced fit theory)Menurut teori kecocokan yang terinduksi, sisi aktif enzim
merupakan bentuk yang fleksibel. Ketika substrat memasuki sisiaktif enzim, bentuk sisi aktif termodifikasi melingkupi substratmembentuk kompleks. Ketika produk sudah terlepas darikompleks, enzim tidak aktif menjadi bentuk yang lepas.Sehingga, substrat yang lain kembali bereaksi dengan enzimtersebut.
Sebagai biokatalisator, enzim memiliki beberapa sifat antaralain:a. Enzim hanya mengubah kecepatan reaksi, artinya enzim
tidak mengubah produk akhir yang dibentuk ataumempengaruhi keseimbangan reaksi, hanya meningkatkanlaju suatu reaksi.
b. Enzim bekerja secara spesifik, artinya enzim hanyamempengaruhi substrat tertentu saja.
c. Enzim merupakan protein. Oleh karena itu, enzim memilikisifat seperti protein. Antara lain bekerja pada suhuoptimum, umumnya pada suhu kamar. Enzim akankehilangan aktivitasnya karena pH yang terlalu asam ataubasa kuat, dan pelarut organik. Selain itu, panas yangterlalu tinggi akan membuat enzim terdenaturasi sehinggatidak dapat berfungsi sebagai mana mestinya.
d. Enzim diperlukan dalam jumlah sedikit. Sesuai denganfungsinya sebagai katalisator, enzim diperlukan dalamjumlah yang sedikit.
e. Enzim bekerja secara bolak-balik. Reaksi-reaksi yangdikendalikan enzim dapat berbalik, artinya enzim tidakmenentukan arah reaksi tetapi hanya mempercepat laju reaksisehingga tercapai keseimbangan. Enzim dapat menguraikansuatu senyawa menjadi senyawa-senyawa lain. Atau
3. Sifat-Sifat Enzim
Diskusikan dengan temansebangkumu.Apa perbedaan antaraLock and key theorydengan Induced fit theory
Gambar 2.6Induced fit theory
Gambar 2.5Lock and key theory
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
24
sebaliknya, menyusun senyawa-senyawa menjadi senyawatertentu. Reaksinya dapat digambarkan sebagai berikut.
E + S ES E + P(E = enzim, S = substrat, dan P = produk)
f. Enzim dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Faktor-faktoryang mempengaruhi kerja enzim adalah suhu, pH,aktivator (pengaktif), dan inhibitor (penghambat) sertakonsentrasi substrat.
Aktivitas enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor, antaralain:
a. SuhuTiap kenaikan suhu 10º C, kecepatan reaksi enzim menjadi
dua kali lipat. Hal ini berlaku dalam batas suhu yang wajar.Kenaikan suhu berhubungan dengan meningkatnya energikinetik pada molekul substrat dan enzim. Pada suhu yang lebihtinggi, kecepatan molekul substrat meningkat. Sehingga, padasaat bertubrukan dengan enzim, energi molekul substratberkurang. Hal ini memudahkan molekul substrat terikat padasisi aktif enzim. Peningkatan suhu yang ekstrim dapatmenyebabkan atom-atom penyusun enzim bergetar sehinggaikatan hidrogen terputus dan enzim terdenaturasi. Denaturasiadalah rusaknya bentuk tiga dimensi enzim dan menyebabkanenzim terlepas dari substratnya. Hal ini, menyebabkan aktivitasenzim menurun, denaturasi bersifat irreversible (tidak dapatbalik). Setiap enzim mempunyai suhu optimum, sebagian besarenzim manusia mempunyai suhu optimum 37º C. Sebagian besarenzim tumbuhan mempunyai suhu optimum 25º C.
b. pH (derajat keasaman)
Enzim sangat peka terhadap perubahan derajat keasamandan kebasaan (pH) lingkungannya. Enzim dapat nonaktif bilaberada dalam asam kuat atau basa kuat.
4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Aktivitas Enzim
Gambar 2.7pH optimum beberapa jenisenzim
Rat
a-ra
ta re
aksi
(dal
am u
nit a
rbitr
ari)
Pepsin Amilase
pH1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Diskusikan dengan temansebangkumu.Bagaimana dengan kerjaenzim apabila suhuditurunkan sampai O° Catau di bawahnya?
Pada umumnya, enzim intrasel bekerjaefektif pada kisaran pH 7,0. Jika pH dinaikkanatau diturunkan di luar pH optimumnya, makaaktivitas enzim akan menurun dengan cepat.Tetapi, ada enzim yang memiliki pH optimumsangat asam, seperti pepsin, dan agak basa,seperti amilase. Pepsin memiliki pH optimumsekitar 2 (sangat asam). Sedangkan, amilasememiliki pH optimum sekitar 7,5 (agak basa).S
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Bab 2 Metabolisme Sel
25
c. Inhibitor
Kerja enzim dapat terhalang oleh zat lain. Zat yang dapatmenghambat kerja enzim disebut inhibitor. Zat penghambatatau inhibitor dapat menghambat kerja enzim untuk sementaraatau secara tetap. Inhibitor enzim dibagi menjadi dua, yaituinhibitor kompetitif dan inhibitor nonkompetitif.
1) Inhibitor kompetitifInhibitor kompetitif adalah molekul penghambat yang
bersaing dengan substrat untuk mendapatkan sisi aktif enzim.Contohnya, sianida bersaing dengan oksigen untukmendapatkan hemoglobin dalam rantai respirasi terakhir.Penghambatan inhibitor kompetitif bersifat sementara dandapat diatasi dengan cara menambah konsentrasi substrat.
2) Inhibitor nonkompetitifInhibitor nonkompetitif adalah molekul penghambat enzim
yang bekerja dengan cara melekatkan diri pada luar sisi aktifenzim. Sehingga, bentuk enzim berubah dan sisi aktif enzimtidak dapat berfungsi. Hal ini menyebabkan substrat tidakdapat masuk ke sisi aktif enzim. Penghambatan inhibitornonkompetitif bersifat tetap dan tidak dapat dipengaruhi olehkonsentrasi substrat.
Gambar 2.8Inhibitor kompetitif: Inhibitordan substrat berkompetisiuntuk masuk ke sisi aktif enzim
Gambar 2.9Inhibitor nonkompetitif:Inhibitor mengubah bentuksisi aktif untuk mencegahmasuknya substrat
Selain inhibitor, terdapat juga aktivator yang mempe-ngaruhi kerja enzim. Aktivator merupakan molekul yangmempermudah enzim berikatan dengan substratnya.Contohnya, ion klorida yang berperan dalam aktivitas amilasedalam ludah.
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
26
KatabolismeC Katabolisme adalah reaksi penguraian senyawa kompleks
menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim.Penguraian senyawa ini menghasilkan atau melepaskan energiberupa ATP yang biasa digunakan organisme untuk beraktivitas.
Katabolisme mempunyai dua fungsi, yaitu menyediakanbahan baku untuk sintesis molekul lain, dan menyediakan energikimia yang dibutuhkan untuk melakukan aktivitas sel. Reaksiyang umum terjadi adalah reaksi oksidasi.
Energi yang dilepaskan oleh reaksi katabolisme disimpandalam bentuk fosfat, terutama dalam bentuk ATP(Adenosintrifosfat) dan berenergi elektron tinggi NADH2 (Nikotilamid adenindinukleotida H2) serta FADH2 (Flavin adenin dinukleotida H2).
Contoh katabolisme adalah respirasi. Berdasarkankebutuhan akan oksigen, katabolisme dibagi menjadi dua, yaiturespirasi aerob dan anaerob. Respirasi aerob adalah respirasiyang membutuhkan oksigen untuk menghasilkan energi.Sedangkan, respirasi anaerob adalah respirasi yang tidakmembutuhkan oksigen untuk menghasilkan energi. Maricermati uraian di bawah ini.
Sebagian besar hewan dan tumbuhan melakukan respirasiaerob. Respirasi aerob adalah peristiwa pembakaran zatmakanan menggunakan oksigen dari pernapasan untukmenghasilkan energi dalam bentuk ATP. Selanjutnya, ATPdigunakan untuk memenuhi proses hidup yang selalumemerlukan energi. Respirasi aerob disebut juga pernapasan,dan terjadi di paru-paru. Sedangkan, pada tingkat sel respirasiterjadi pada organel mitokondria. Secara sederhana, reaksirespirasi adalah sebagai berikut:
C6H12O6 + 6O2 → 6H2O + 6CO2 + 36 ATPGlukosa oksigen air karbondioksida energi
Pada respirasi ini, bahan makanan seperti senyawakarbohidrat, lemak atau protein dioksidasi sempurna menjadikarbondioksida dan air. Pada reaksi di atas, substrat yang dioksidasisempurna adalah glukosa. Oksigen diperlukan sebagai akseptorelektron terakhir pada rantai transpor elektron di mitokondria.
Karbondioksida (CO2) dibebaskan keluar sel sebagaisampah. Pada manusia, CO2 dilarutkan dalam darah,kemudian dibuang melalui pernapasan dari paru-paru. Molekulair juga merupakan sampah dari respirasi dan dibuang lewatplasma darah ke paru-paru, kemudian dikeluarkan melaluihembusan napas.
1. Respirasi Aerob
Bab 2 Metabolisme Sel
27
Respirasi aerob dapat dibedakan menjadi tiga tahap, yaitu:glikolisis, siklus krebs, dan transpor elektron. Untuk memahamitahapan-tahapan tersebut, cermati uraian berikut ini.
a. Glikolisis
Glikolisis adalah peristiwa pengubahan molekul glukosa(6 atom C) menjadi 2 molekul yang lebih sederhana, yaitu asampiruvat (3 atom C). Glikolisis terjadi dalam sitoplasma sel. Prosesnyaterdiri atas sepuluh langkah, seperti pada Gambar 2.10 berikut.
Gambar 2.10Glikolisis
Energi yang dibutuhkan = 2 ATPEnergi yang dihasilkan = 4 ATP + 2 NADH———————————————————– +Hasil akhir bersih = 2 ATP + 2 NADH
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
28
Peristiwa glikolisis menunjukkan perubahan dari glukosa,kemudian makin berkurang kekomplekan molekulnya danberakhir sebagai molekul asam piruvat. Produk penting glikolisisadalah:1) 2 molekul asam piruvat2) 2 molekul NADH sebagai sumber elektron berenergi tinggi3) 2 molekul ATP dari 1 molekul glukosa
Sebenarnya, dari 1 molekul glukosa dihasilkan 4 molekulATP, tetapi 2 molekul digunakan untuk beberapa reaksi kimia.Dari kesepuluh langkah pemecahan glukosa, dua di antaranyabersifat endergonik, dan menggunakan 2 molekul ATP.
b. Siklus krebs
Siklus krebs merupakan tahap kedua respirasi aerob.Nama siklus ini berasal dari nama orang yang menemukanreaksi tahap kedua respirasi aerob ini, yaitu Hans Krebs. Siklusini disebut juga siklus asam sitrat.
Gambar 2.13Siklus krebs enzim:(1) Sitrat sintase(2) Akonitase(3) Akonitase(4) Isositrat dehidrogenase(5) Ketoglutarat dehidrogenase(6) Suksinat tiokinase(7) Suksinat dehidrogenase(8) Fumarase(9) Malat dehidrogenase
Gambar 2.12Hans Krebs
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 2 Metabolisme Sel
29
Siklus krebs diawali dengan adanya 2 molekul asampiruvat yang dibentuk pada glikolisis yang meninggalkansitoplasma masuk ke mitokondria. Sehingga, siklus krebs terjadidi dalam mitokondria.
Tahapan siklus krebs adalah sebagai berikut:a) Asam piruvat dari proses glikolisis, selanjutnya masuk ke
siklus krebs setelah bereaksi dengan NAD+ (Nikotinamidaadenine dinukleotida) dan ko-enzim A atau Ko-A,membentuk asetil Ko-A. Dalam peristiwa ini, CO2 danNADH dibebaskan. Perubahan kandungan C dari 3C (asampiruvat) menjadi 2C (asetil ko-A).
b) Reaksi antara asetil Ko-A (2C) dengan asam oksalo asetat(4C) dan terbentuk asam sitrat (6C). Dalam peristiwa ini,Ko-A dibebaskan kembali.
c) Asam sitrat (6C) dengan NAD+ membentuk asam alfaketoglutarat (5C) dengan membebaskan CO2.
d) Peristiwa berikut agak kompleks, yaitu pembentukan asamsuksinat (4C) setelah bereaksi dengan NAD+ denganmembebaskan NADH, CO2 dan menghasilkan ATP setelahbereaksi dengan ADP dan asam fosfat anorganik.
e) Asam suksinat yang terbentuk, kemudian bereaksi denganFAD (Flarine Adenine Dinucleotida) dan membentuk asammalat (4C) dengan membebaskan FADH2.
f) Asam malat (4C) kemudian bereaksi dengan NAD+ danmembentuk asam oksaloasetat (4C) dengan membebaskanNADH, karena asam oksalo asetat akan kembali denganasetil ko-A seperti langkah ke 2 di atas.
Dapat disimpulkan bahwa siklus krebs merupakan tahapkedua dalam respirasi aerob yang mempunyai tiga fungsi, yaitumenghasilkan NADH, FADH2, ATP serta membentuk kembalioksaloasetat. Oksaloasetat ini berfungsi untuk siklus krebsselanjutnya. Dalam siklus krebs, dihasilkan 6 NADH, 2 FADH2,dan 2 ATP.
c. Transpor elektron
Transpor elektron terjadi di membran dalam mitokondria,dan berakhir setelah elektron dan H+ bereaksi dengan oksigenyang berfungsi sebagai akseptor terakhir, membentuk H2O. ATPyang dihasilkan pada tahap ini adalah 32 ATP.
Reaksinya kompleks, tetapi yang berperan penting adalahNADH, FAD, dan molekul-molekul khusus, seperti Flavoprotein, ko-enzim Q, serta beberapa sitokrom. Dikenal adabeberapa sitokrom, yaitu sitokrom C1, C, A, B, dan A3. Elektronberenergi pertama-tama berasal dari NADH, kemudian
Gambar 2.14Sistem transpor elektron
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
30
ditransfer ke FMN (Flavine Mono Nukleotida), selanjutnya ke Q,sitokrom C1, C, A, B, dan A3, lalu berikatan dengan H yangdiambil dari lingkungan sekitarnya. Sampai terjadi reaksiterakhir yang membentuk H2O.
Secara sederhana, reaksi transpor elektron dituliskan:24e- + 24 H+ + 6 O2 → 12 H2O
Jadi, hasil akhir proses ini terbentuknya 32 ATP dan H2Osebagai hasil sampingan respirasi. Produk sampingan respirasitersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh, pada tumbuhanmelalui stomata dan melalui paru-paru pada pernapasanhewan tingkat tinggi.
Ketiga proses respirasi dapat diringkas sebagai berikut.
P r o s e s A k s e p t o r ATP
1) Glikolisis:glukosa → 2 asam piruvat 2 NADH 2 ATP
2) Siklus Krebs:2 asam piruvat → 2 asetil-KoA + 2 CO2 2 NADH2 asetil KoA → 4 CO2 6 NADH 2 ATP
2 FADH2
3) Rantai Transpor Elektron Respiratori:10 NADH + 5 O2 → 10 NADH+ + 10 H2O 30 ATP2 FADH2 + O2 → 2 FAD + 2 H2O 4 ATP
Total : 34 ATPe– untuk masuk mitokondria perlu : 2 ATP
Hasil akhir : 32 ATP
2. Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidakmenggunakan oksigen sebagai penerima akhir pada saatpembentukan ATP. Respirasi anaerob juga menggunakanglukosa sebagai substrat. Respirasi anaerob sering disebut jugafermentasi.
Organisme yang melakukan fermentasi di antaranya adalahbakteri dan protista yang hidup di rawa, lumpur, makananyang diawetkan, atau tempat-tempat lain yang tidakmengandung oksigen.
Beberapa organisme dapat berespirasi menggunakanoksigen, tetapi dapat juga melakukan fermentasi. Organismeseperti ini melakukan fermentasi jika lingkungannya miskinoksigen. Sebagai contoh, sel-sel otot dapat melakukan respirasianaerob jika kekurangan oksigen.
Bab 2 Metabolisme Sel
31
Pada fermentasi, glukosa dipecah menjadi 2 molekul asampiruvat, 2 NADH, dan terbentuk 2 ATP. Tetapi, fermentasi tidakbereaksi secara sempurna memecah glukosa menjadi karbondioksida dan air, serta ATP yang dihasilkan pun tidak sebesarATP yang dihasilkan dari glikolisis.
Dari hasil akhirnya, fermentasi dibedakan menjadifermentasi asam laktat dan fermentasi alkohol.
a. Fermentasi asam laktat
Fermentasi asam laktat merupakan respirasi anaerob, hasilakhir fermentasi ini ialah asam laktat yang disebut juga asamsusu. Sebagian masyarakat menyebut asam laktat sebagai asamkelelahan, karena erat kaitannya dengan rasa lelah. Hal ini terjadipada manusia, karena bergerak melebihi batas sehingga terjadipenimbunan asam laktat yang merupakan hasil akhirfermentasi pada otot tubuh.
Proses fermentasi juga dimulai dengan glikolisis yangmenghasilkan asam piruvat. Karena pada proses ini tidak adaoksigen yang merupakan reseptor terakhir, maka asam piruvatdiubah menjadi asam laktat. Kejadian ini berakibat padaelektron yang tidak meneruskan perjalanannya, tidak lagimenerima elektron dari NADH dan FAD. Karena tidak terjadipenyaluran elektron, berarti pula NAD+ dan FAD yangdiperlukan dalam siklus krebs juga tidak terbentuk. Akibatnya,reaksi siklus krebs pun terhenti. Asam laktat merupakan zatkimia yang merugikan karena bersifat racun atau toksis.
b. Fermentasi alkohol
Pada beberapa mikroorganisme, peristiwa pembebasanenergi terjadi karena asam piruvat diubah menjadi asam asetatdan CO2. Selanjutnya, asam asetat diubah menjadi alkohol. Padaperistiwa ini, NADH diubah menjadi NAD+. Denganterbentuknya NAD+, glikolisis dapat terjadi. Dengan demikian,asam piruvat selalu tersedia, kemudian diubah menjadi energi.
Pada fermentasi ini, energi (ATP) yang dihasilkan dari1 molekul glukosa hanya 2 molekul ATP, berbeda dengan prosesrespirasi aerob yang mengubah 1 molekul glukosa menjadi34 ATP.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
32
Gambar 2.15Jalur glikolisis: Semua reaksi initerjadi dalam sitosol. Padafermentasi alkohol dan asamlaktat, elektron yang dipisah-kan dari PGAL oleh NAD+
digunakan untuk mereduksiasam piruvat. Tetapi padarespirasi sel, elektron-elektron dimasukkan kedalam mitokondria.
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 2 Metabolisme Sel
33
AnabolismeDAnabolisme adalah reaksi pembentukan molekul sederhana
menjadi molekul yang kompleks. Reaksi anabolisme merupakanperistiwa sintesis atau penyusunan sehingga memerlukanenergi, dan dibentuk reaksi endergonik. Contoh reaksianabolisme di antaranya adalah fotosintesis atau sintesiskarbohidrat dengan bantuan energi cahaya matahari,kemosintesis dengan bantuan energi kimia.
Fotosintesis merupakan sintesis yang memerlukan cahaya(fotos = cahaya; sintesis = penyusunan atau membuat bahankimia). Fotosintesis adalah peristiwa pembentukan karbohidratdari karbondioksida dan air dengan bantuan energi cahayamatahari.
Secara sederhana, reaksi fotosintesis yang melibatkanberbagai enzim dapat dituliskan sebagai berikut:
cahaya matahari6 CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
karbondioksida air glukosa oksigen
Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas merupa-kan organel plastida yang mengandung pigmen hijau daun(klorofil). Sel yang mengandung kloroplas terdapat pada mesofildaun tanaman yang disebut palisade atau jaringan tiang dansel-sel jaringan bunga karang yang disebut spons.
Kloroplas tersusun atas bagian-bagian sebagai berikut:a) Stroma ialah struktur kosong di dalam kloroplas,
merupakan tempat glukosa terbentuk darikarbondioksida.
b) Tilakoid ialah struktur cakram bertumpuk-tumpuk, yang terbentuk dari pelipatanmembran dalam kloroplas, dan berfungsimenangkap energi cahaya dan mengubahnyamenjadi energi kimia.
c) Grana ialah selubung tangkai penghubungtilakoid.
Klorofil merupakan pigmen utama yang terdapat padatumbuhan yang berfungsi menyerap cahaya radiasielektromagnetik pada spektrum kasat mata. Klorofil dapatdibedakan menjadi klorofil a dan klorofil b. Klorofil a mampumenyerap cahaya merah dan biru keunguan. Klorofil a sangatberperan dalam reaksi gelap fotosintesis. Sedangkan, klorofil bmerupakan klorofil yang mampu menyerap cahaya biru dan
1. Fotosintesis
→
Gambar 2.15Kloroplas
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
34
merah kejinggaan. Di dalam kloroplas, selain klorofil jugaterdapat pigmen karotenoid, antosianin, dan fikobilin.
Jadi, hanya tumbuhan yang dapat melakukan fotosintesiskarena mengandung kloroplas pada daunnya. Oleh karena itu,tumbuhan merupakan produsen makanan (karena dapatmenghasilkan makanan dengan bantuan cahaya matahari), dandisebut juga organisme autotrof (auto = sendiri; trophic = makanan),yaitu organisme yang dapat membuat makanan sendiri.
Proses reaksi fotosintesis dalam tumbuhan tinggi dibagimenjadi dua tahap, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. Untukmengetahui bagaimana proses kedua reaksi tersebut, maricermati uraian berikut ini.
a. Reaksi terang
Pada tahap pertama, energi matahari ditangkap olehpigmen penyerap cahaya dan diubah menjadi bentuk energikimia, ATP, dan senyawa pereduksi NADPH. Proses ini disebuttahap reaksi terang. Atom hidrogen dari molekul H2O dipakaiuntuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH, dan O2 dilepaskansebagai hasil samping reaksi fotosintesis. Reaksi ini jugadirangkaikan dengan reaksi endergonik, membentuk ATP dariADP + Pi. Dengan demikian, reaksi terang dapat dituliskandengan persamaan:
H2O + NADP+ + ADP + Pi O2 + H+ + NADPH + ATP
Pembentukan ATP dari ADP + Pi, merupakan suatumekanisme penyimpanan energi matahari yang diserapkemudian diubah menjadi bentuk energi kimia. Proses inidisebut fosforilasi fotosintesis atau fotofosforilasi.
Pada reaksi terang yang terjadi di grana, energi cahayamemacu pelepasan elektron dari fotosistem di dalam membrantilakoid. Fotosistem adalah tempat berkumpulnya beratus-ratusmolekul pigmen fotosintesis. Aliran elektron melalui sistemtranspor menghasilkan ATP dan NADPH.
ATP dan NADPH dapat terbentuk melalui jalur non siklik,yaitu elektron mengalir dari molekul air, kemudian melaluifotosistem II dan fotosistem I. Elektron dan ion hidrogen akanmembentuk NADPH dan ATP. Oksigen yang dibebaskanberguna untuk respirasi aerob.
Pusat reaksi pada fotosistem I mengandung klorofil a,disebut sebagai P700, karena dapat menyerap foton terbaikpada panjang gelombang 700 nm. Pusat reaksi pada fotosistemII mengandung klorofil a yang disebut sebagai P680, karenadapat menyerap foton terbaik pada panjang gelombang680 nm.
energimatahari
Bab 2 Metabolisme Sel
35
Gambar 2.17Siklus Calvin
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
b. Reaksi gelap (reaksi tidak tergantung cahaya)
Disebut juga siklus Calvin-Benson. Reaksi ini disebut reaksigelap, karena tidak tergantung secara langsung dengan cahayamatahari. Reaksi gelap terjadi di stroma. Namun demikian,reaksi ini tidak mutlak terjadi hanya pada kondisi gelap.
Reaksi gelap memerlukan ATP, hidrogen, dan elektron dariNADPH, karbon dan oksigen dari karbondioksida, enzim yangmengkatalisis setiap reaksi, dan RuBp (Ribulosa bifosfat) yangmerupakan suatu senyawa yang mempunyai 5 atom karbon.
Reaksi gelap terjadi melalui beberapa tahapan, yaitu:a) Karbondioksida diikat oleh RuBp (Ribulosa bifosfat yang
terdiri atas 5 karbon) menjadi senyawa 6 karbon yang labil.Senyawa 6 karbon ini kemudian memecah menjadi2 fosfogliserat (PGA).
b) Masing-masing PGA menerima gugus pfosfat dari ATP danmenerima hidrogen serta e- dari NADPH. Reaksi inimenghasilkan PGAL (fosfogliseraldehida).
c) Tiap 6 molekul karbon dioksida yang diikat dihasilkan12 PGAL.
d) Dari 12 PGAL, 10 molekul kembali ke tahap awal menjadiRuBp, dan seterusnya RuBp akan mengikat CO2 yang baru.
e) Dua PGAL lainnya akan berkondensasi menjadi glukosa6 fosfat. Molekul ini merupakan prekursor (bahan baku)untuk produk akhir menjadi molekul sukrosa yangmerupakan karbohidrat untuk diangkut ke tempatpenimbunan tepung pati yang merupakan karbohidratyang tersimpan sebagai cadangan makanan.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
36
Lemak disintesis dari protein dan karbohidrat melalui asetilko-enzim A. Metabolisme gliserol memiliki cara sama denganmetabolisme karbohidrat, yaitu melalui jalan piruvat. Untukmensintesis lemak atau asam lemak diperlukan suatu ko-enzimA yang berfungsi memutuskan atau memecahkan dua bagianatom C (karbon)nya untuk membentuk asetil Ko-A. Karenapemutusan rantai karbonnya terjadi pada karbon (C) keduapada mata rantai asam lemak, maka reaksinya dinamakan betaoksidasi. Beta oksidasi adalah suatu proses yang berlangsungsecara berulang-ulang sehingga semua atom karbon (C) padarantai lemak berubah menjadi asetil Ko-A.
3. Sintesis Lemak
Kemosintesis terjadi pada organisme autotrof, tepatnyakemo-autotrof, yang mampu menghasilkan senyawa organikyang dibutuhkan dari zat-zat anorganik dengan bantuan energikimia. Yang dimaksud dengan energi kimia di sini adalah energiyang diperoleh dari suatu reaksi kimia yang berasal dari reaksioksidasi. Kemampuan mengadakan kemosintesis ini, terdapatpada mikroorganisme dan bakteri autotrof. Bakteri Sulfur yangtidak berwarna memperoleh energi dari proses oksidasisenyawa H2S. Jangan disamakan dengan bakteri sulfur yangberwarna kelabu-keunguan yang mampu mengadakanfotosintesis karena memiliki klorofil, dengan reaksi sebagaiberikut:
CO2 + 2H2S CH2O + 2S + H2O
Bakteri besi memperoleh energi kimia dengan cara oksidasiFe++ (Ferro) menjadi Ferri. Bakteri Nitrogen dengan melakukanoksidasi senyawa tertentu dapat memperoleh energi untukmensintesis zat organik yang diperlukan. Bakteri Nitrosomonasdan Nitrococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasiNH3 yang telah membentuk senyawa amonium, yaitu amoniumkarbonat menjadi asam nitrit, dengan reaksi:
(NH4)2 CO3 + 3O2 2 HNO2 + CO2 + 3H2O + Energi(amonium karbonat) (asam nitrit)
Bakteri Nitrogen yang lain, Nitrobacter, mengubah nitritmenjadi nitrat dengan reaksi sebagai berikut:
Ca (NO2)2 + O2 Ca (NO3)2 + Energi(nitrit) (nitrat)
2. Kemosintesis
cahaya matahariklorofil
NitrosomonasNitrococcus
Bab 2 Metabolisme Sel
37
Sintesis protein di dalam sel tersusun atas asam amino danterjadi dengan melibatkan DNA, RNA dan ribosom.
Suatu ikatan molekul peptida terbentuk apabila gugusamino dari satu asam amino berikatan dengan gugus karboksildari asam amino lain. Secara berurutan, apabila dua asamamino bergabung, maka akan terbentuk molekul dipeptida, bilatiga asam amino berikatan, maka akan terbentuk molekultripeptida, dan seterusnya. Dengan demikian, apabila terjadipenggabungan asam amino dalam jumlah besar, maka akanterbentuk molekul yang disebut sebagai polipeptida. Padadasarnya, protein adalah suatu polipeptida.
Setiap sel dari organisme berkemampuan untuk mensintesisprotein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya.Sintesis protein dalam sel dapat terjadi, karena pada inti selterdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagaipengatur sintesis protein sel. Substansi-substansi tersebut adalahDNA dan RNA. Untuk lebih jelas, pelajari Bab 3 Materi Genetik,tentang Sintesis Protein.
4. Sintesis Protein
Asetil Ko-A juga dapat diubah kembali menjadi asamlemak sehingga reaksi beta oksidasi disebut pula sebagai reaksireversible (yang dapat di balik). Asam piruvat sebagai hasil akhirmetabolisme gliserol, dan asetil Ko-A bersama-sama akhirnyamemasuki siklus asam trikarboksilat yang merupakan langkahterakhir dari metabolisme dalam tubuh. Oksigen yangdiperlukan tubuh memerlukan oksigen lebih banyak dalamproses oksidasi lemak untuk menghasilkan energi dibandingkandengan proses oksidasi karbohidrat. Hal ini dimungkinkankarena perbandingan C : H : O molekul lemak jauh lebih besardibandingkan dengan molekul karbohidrat. Misalnya,perbandingan C : H : O pada molekul tristearin adalah 57 : 110: 6, sedangkan molekul glukosa juga memiliki enam atomoksigen, tetapi perbandingan C : H : O pada glukosa jauh lebihrendah, yaitu 6 : 12 : 6. Perbedaan ini mengakibatkan nilaipembakaran yang jauh berbeda. Satu gram lemak menghasilkan9,3 kalori, sedangkan 1 gram karbohidrat hanya menghasilkan4,1 kalori saja.
Gambar 2.18Molekul lemak
Gambar 2.19Molekul protein
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5S
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Protein
asam amino
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
38
1234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567
Kamu telah mempelajari metabolisme sel. Hal-hal penting apasajakah yang harus diketahui dalam mempelajarinya? Catatlah dalambentuk rangkuman. Kemudian, tukarlah hasil rangkumanmu denganrangkuman teman. Berikan masukan dan saran pada rangkumanmasing-masing.
Daftar IstilahDaftar Istilah
Anabolisme = reaksi pembentukan senyawa komplek dari senyawasederhana.
Apoenzim = bagian dari enzim yang terdiri atas protein, yang harusmenyatu dengan kofaktor agar berfungsi secara aktif.
Autotrof = organisme yang dapat memenuhi bahan organik yangdibutuhkan dengan cara mensintesisnya dari bahananorganik.
Biokatalisator = enzim atau katalisator yang berperan dalam reaksi-reaksikimia dalam sel tubuh makhluk hidup.
Fermentasi = pemecahan senyawa organik oleh mikroba yang berlangsungdalam keadaan anaerob.
Fotosintesis = Peristiwa penyusunan zat organik (karbohidrat) dari zatanorganik yang dilakukan oleh klorofil dengan bantuancahaya matahari.
Glikolisis = pengubahan satu molekul gula 6C menjadi 2 molekul asampiruvat (3C), 2 molekul NADH dan 2 molekul ATP.
Inhibitor = zat atau senyawa yang menghalangi kerja enzim.
Katabolisme = Reaksi penguraian yang berlangsung di dalam tubuhorganisme, dari molekul kompleks menjadi molekulsederhana.
Koenzim = Bagian bukan protein pada enzim, berupa senyawa organik(misalnya vitamin) berfungsi mempercepat kerja enzimsebagai biokatalisator.
Prostetik = gugusan bukan protein pada enzim, merupakan gugusanyang aktif.
Substrat = bahan tempat enzim melakukan kegiatan.
Bab 2 Metabolisme Sel
39
1. Enzim merupakan katalis. Katalisyang bekerja dalam tubuh makhlukhidup disebut juga ....a. fotosintesisb. endergonikc. metabolismed. biokatalisatore. eksoterm
2. Penyusun utama enzim dalam bentukmolekul protein, disebut ....a. kofaktorb. apoenzimc. haloenzimd. ko-enzime. gugus prostetik
3. Enzim mengkatalis reaksi dengancara meningkatkan laju reaksi.Peningkatan laju reaksi dilakukanenzim melalui ....a. peningkatan energi aktivasib. energi aktivasi meningkatkan kerja
enzimc. penurunan energi aktivasid. energi aktivasi tidak mempenga-
ruhi kerja enzime. kerja enzim tidak ada hubungan-
nya dengan energi aktivasi
4. Di bawah ini yang bukan sifat-sifatenzim sebagai biokatalisator, yaitu ....a. enzim mengubah kecepatan reaksib. enzim bekerja secara spesifik atau
khususc. enzim mengubah produk akhir
yang dibentukd. enzim bekerja secara bolak-balike. enzim adalah protein
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat di setiap soal-soal berikut.
5. Faktor yang mempengaruhi aktivitasenzim, yaitu ....a. panas dan kelembapanb. suhu dan kelembapanc. suhu dan PHd. pH dan energie. jumlah substrat dan kelembapan
6. Reaksi penguraian senyawa kompleksmenjadi senyawa yang lebih seder-hana disebut ....a. katabolismeb. metabolismec. anabolismed. reaksi oksidasie. reaksi reduksi
7. Gas dalam bentuk apakah yangdibebaskan sebagai sampah dalamproses respirasi?a. H2O d. H2Sb. O2 e. C6H12O6c. CO2
8. Asam piruvat merupakan produkdari metabolisme ....a. Glikolisisb. Siklus krebsc. Fotosintesisd. Kemosintesise. Transpor e–
9. Berapakah molekul ATP yang diha-silkan pada proses glikolisis?a. 1 molekul ATPb. 2 molekul ATPc. 3 molekul ATPd. 4 molekul ATPe. 5 molekul ATP
M a r i B e r k o m p e t e n s iM a r i B e r k o m p e t e n s i
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
40
10. Nama lain dari siklus krebs yangmerupakan tahap kedua respirasiaerob, ialah ....a. glikolisisb. reaksi terangc. reaksi gelapd. siklus asam sitrate. reaksi gelap
11. Reaksi glikolisis terjadi di dalam ....a. mitokondriab. membran selc. membran dalam mitokondriad. sitoplasmae. kloroplas
12. Reaksi siklus krebs terjadi di ....a. mitokondriab. membran selc. membran dalam mitokondriad. sitoplasmae. kloroplas
1. Apakah yang dimaksud dengan enzim?
2. Tuliskanlah satu jenis enzim beserta substrat dan produk akhirnya.
3. Tuliskan reaksi biokimia yang dikendalikan oleh enzim.
4. Kofaktor merupakan komponen nonprotein enzim, sebutkan 3 kelompok yangtermasuk di dalamnya.
5. Tuliskan dan jelaskan sifat-sifat enzim sebagai biokatalisator.
B. Jawablah soal-soal berikut dengan singkat dan jelas!
13. Rantai transpor elektron terjadi didalam ....a. mitokondriab. membran selc. membran dalam mitokondriad. sitoplasmae. kloroplas
14. Urutan 3 tahap respirasi sel yangbenar adalah ....a. glikolisis – siklus krebs – transpor e–
b. glikolisis – transpor e– – siklus krebsc. transpor e– – siklus krebs – glikolisisd. transpor e– – glikolisis – siklus krebse. siklus krebs – glikolisis – transpor e–
15. Komponen utama yang dibutuhkanpada peristiwa fotosintesis ialah ....a. H2O, ATP, klorofil, cahaya mataharib. CO2, O2, klorofil, cahaya mataharic. H2O, O2, cahaya matahari, klorofild. klorofil, CO2, H2O, cahaya mataharie. CO2, klorofil, cahaya matahari,
H2O
Bab 3 Materi Genetik
41
BabBab Materi Genetik33Peta Konsep
Fungsi gen dan alel
Pengertian gen dan alel
Materi genetik
Gen dan alel
RNA
DNADNA dan RNA
Jumlah kromosom
Penggolongan kromosomKromosom
Translasi
TranskripsiSintesis protein
Sandi genetik
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
42
Coba kamu perhatikan dirimu dan kedua orang tuamu,mirip siapakah kamu? Mengapa kamu mirip dengan keduaorang tuamu? Hal ini disebabkan karena gen-gen yang dimilikioleh orang tuamu diturunkan atau diwariskan kepadamu.
Setiap sel organisme mengandung materi genetik. Materigenetik tersebut dikenal sebagai gen yang terdapat dalamkromosom di dalam nukleus. Setelah mempelajari bab ini, kamuakan mengetahui tentang gen, DNA, dan kromoson, mari ikutiuraian berikut ini.
Gen dan AlelA
Gen merupakan unit terkecil materi genetik. Gen terdapatdalam setiap lokus yang khas pada kromosom. Gen adalahsubstansi genetik terkecil yang terdiri atas sepenggal DNA yangmenentukan sifat individu melalui pembentukan polipeptida.Jadi, gen berperan penting dalam mengontrol sifat-sifat individuyang diturunkan.
Gen-gen yang ada dalam kromosom tidak memiliki batas-batas yang jelas. Walaupun demikian, gen-gen dapatdiumpamakan dalam satu deretan berurutan dan teratur padabenang kromosom.
Di dalam sel tubuh, kromosom biasanya berpasangan.Sepasang kromosom merupakan homolog sesamanya, artinyakeduanya mempunyai bentuk yang sama dan lokus gen-gen yangbersesuaian. Gen-gen yang terdapat pada lokus yang bersesuaianini disebut alel.
1. Pengertian Gen dan Alel
Gen merupakan suatu kesatuan kimia. Sebagai materihereditas, gen memiliki beberapa fungsi, antara lain:a) Sebagai zarah tersendiri yang ada pada kromosom. Zarah
adalah zat terkecil dan tidak dapat dibagi-bagi lagi.b) Menyampaikan informasi genetik dari induk kepada
keturunannya.c) Mengatur proses metabolisme dan perkembangan.
Alel dapat memiliki tugas yang sama atau berlawanan untuksuatu pekerjaan tertentu. Alel yang mempunyai tugas yang samadisebut alel homozigot. Sedangkan, alel yang tugasnya berbedadisebut alel heterozigot. Alel yang tugasnya sama, misalnya genpenentu warna hitam pada gandum yang mempunyai pasangangen penentu warna hitam pula. Contoh alel yang tugasnyaberlawanan adalah gen penentu warna hitam pada gandummempunyai pasangan gen penentu warna putih.
2. Fungsi Gen dan Alel
Bab 3 Materi Genetik
43
Kegiatan sel dikendalikan oleh gen di dalam inti.Pengendalian ini dilakukan dengan menyusun materi tertentuyang sesuai dengan pola gen untuk membentuk suatu rantai asamamino (polipeptida). Polipeptida tersebut difungsikan menjadienzim yang akan mengatur reaksi metabolisme dalam sel.
Gambar 3.1Peta gen penentu sifat yangterdapat dalam kromosom
DNA dan RNAB
Dari berbagai penelitian mengungkapkan bahwa DNAadalah pembawa sebagian besar atau seluruh sifat-sifat genetikdi dalam kromosom. DNA terdapat di dalam nukleus danbersama senyawa protein membentuk nukleo protein. Selaindi dalam nukleus, molekul DNA juga terdapat dalammitokondria, plastid, dan sentriol.
1. DNA (Deoxyribonucleic Acid)
Persenyawaan antara protein dan asam nukleat disebutnukleo protein. Nukleo protein merupakan penyusun kromosom.Dari kedua senyawa tersebut, hanya asam nukleat yang dapatmembawa informasi genetik dari induk kepada keturunannya.Jadi, sebenarnya asam nukleat merupakan materi genetik ataufaktor hereditas, meskipun kromosom yang umum disebutsebagai faktor hereditas. Asam nukleat sebagai materi DNAterdiri atas DNA (deoxyribonucleic acid) dan RNA (ribonucleidacid). Untuk mengetahui tentang DNA dan RNA, mari cermatiuraian berikut ini.
nukleus
sel tumbuhan
alel batang pendek
gen panjang batang
alel batang panjang
alel bunga putik
gen warna bunga
alel bunga ungu
nukleus
kromosom
sepasang kromosom
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
44
Susunan kimia DNA adalah sebuah makromolekul yangkompleks. Molekul DNA disusun oleh dua rantai polinukleotidayang amat panjang. Satu rantai polinukleotida terdiri atasrangkaian nukleotida. Sebuah nukleotida tersusun atas:a) Gugus gula deoksiribosa (gula dengan lima atom karbon
atau pentosa)b) Gugus asam fosfat (fosfat terikat pada C kelima dari gula)c) Gugus basa nitrogen (gugus ini terikat pada C pertama dari
gula)
Basa nitrogen dapat digolongkan menjadi dua, yaitu basapurin dan basa pirimidin. Basa purin terdiri atas adenin (A)dan Guanin (G), sedangkan basa pirimidin terdiri atas sitosin(S) dan timin (T).
Gambar 3.2Struktur Nukleotida
Gambar 3.3empat basa nitrogen
Gula dengan basa membentuk ikatan antara C pada guladengan N pada basa purin dan N-H pada basa pirimidin. Senyawayang terbentuk disebut nukleosida atau deoksiribonukleosida.Nukleosida dapat dibedakan menjadi empat macam, yaitu:1) Persenyawaan antara gula dengan basa adenin (deoksi adenosin).2) Persenyawaan antara gula dengan basa guanin (deoksi guanosin).3) Persenyawaan antara gula dengan basa timin (deoksitimidin).4) Persenyawaan antara gula dengan basa sitosin (deoksisitidin).
Gambar 3.4empat macam nukleosida
Senyawa aromatik dengan rumus molekul C5H4N4 atau turunannyaPurin
Senyawa aromatik dengan rumus molekul C4H4N2 atau turunannyaPirimidin
Adenin Guanin
Urasil (terdapat pada RNA) SitosinTimin
Deoksisitidin Deoksitimidin Deoksiadenosin Deoksiguanosin
basa nitrogen
gugus asamfosfat
gugus gula
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
idS
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 3 Materi Genetik
45
Gambar 3.6Rantai polinukletida untukmembentuk DNA
Gambar 3.5Contoh Nukleotida
Ester fosfat nukleosida, dengan fosfat terikat pada C ke lima dari gula
Ujung 5′′′′′P
Ujung 3′′′′′OH
Selanjutnya, fosfat membentuk ester dengan nukleosidamelalui pembentukan ikatan C5 pada gula. Ester fosfat -5-nukleosida ini disebut nukleotida. Ada 4 macam nukleotida,yaitu adenosin deoksiribonukleotida, guanosin deoksiribonukleotida,sitidin deoksiribonukleotida, dan timidin deoksiribonukleotida.Nukleotida-nukleotida tersebut dapat bergabung membentuksuatu rangkaian yang disebut polinukleotida. Benangpolinukleotida yang saling berpilin (heliks ganda) membentukDNA. Untuk lebih mengetahui struktur nukleotida danpolinukleotida, mari cermati Gambar 3.4.
Deoksiadenosin monofosfat Deoksisitidin monofosfat
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
46
Berdasarkan hasil analisis refraksi sinar X oleh kristal DNA,James Watson (Amerika) dan Francis Crick (Inggris) pada 1953menyimpulkan bahwa struktur molekul DNA berbentuk heliksganda.
Gambar 3.7Model DNA dari WitsonCrick.Segmen dari molekul DNAA = AdeninT = TiminU = UrasilC = SitosinG = GuaninP = Fosfat
Pada sel-sel organisme prokariot dan eukariot, selain DNAterdapat pula asam nukleat lain yang penting, yaitu RNA atauasam ribonukleat. RNA merupakan seutas benang tunggal yangtersusun molekul gula ribosa, gugus fosfat, dan asam nitrogen.Basa nitrogen RNA terdiri atas golongan purin (adenin danguanin) dan golongan pirimidin (sitosin dan urasil).
RNA dibentuk oleh DNA di dalam nukleus, melalui prosestranskripsi DNA. Hasil transkripsi digunakan RNA untuksintesis protein dalam sitoplasma sel.
2. RNA
gula
Molekul DNA mempunyai sifat-sifat, antara lain:1) DNA berbagai organisme mempunyai kandungan adenin
(A) yang sama dengan Timin (T). Perbedaan antara DNAdari spesies yang berlainan terletak antara kandunganA + T atau G + C.
2) Setiap molekul DNA disusun oleh dua rantaipolinukleotida. Basa-basa dari kedua rantai tersebutberpasangan dengan aturan adenin berpasangan denganTimin dan Guanin berpasangan dengan sitosin. Antarakedua basa yang berpasangan terbentuk ikatan hidrogen.Adanya ikatan inin memberikan kelenturan pada DNA.
3) DNA merupakan struktur yang aktif melakukan fungsibiologi.
fosfat
basa
ikatan guladan fosfat
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Bab 3 Materi Genetik
47
Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA dibedakan menjaditiga macam, yaitu:
a) RNA duta (RNA-d) atau m RNA
RNA duta adalah RNA yang menjadi modelcetakan dalam proses penyusunan asam aminopada rantai polipeptida atau sintesis protein.Disebut RNA duta, karena molekul inimerupakan penghubung DNA dengan proteindan membawa pesan berupa informasi genetikdari DNA untuk membentuk protein. Informasigenetik berupa urutan basa N pada RNA dutayang memesan suatu asam amino yang disebutkodon. Penyusunan rantai polipeptida tergantungdari urutan kodon pada RNA duta.
Urutan kodon pada RNA-d yang dicetak DNA tergantungpada macam protein yang akan disintesis.
b) RNA transfer (RNA-t)
RNA-t mempunyai fungsi menerjemahkan kodon yangterdapat pada RNA-d menjadi satu jenis asam amino. Kemampuanmenerjemahkan ini, disebabkan oleh adanya anti kodon yangmerupakan komplemen dari kodon RNA-d. RNA-t juga berfungsimengangkut asam amino ke permukaan ribosom pada saattranslasi. Translasi adalah penerjemahan urutan nukleotidaRNA-d menjadi urutan asam amino polipeptida.
c) RNA ribosom (RNA-r)
RNA-r merupakan RNA terbanyak, sekitar 83% dari RNAyang dikandung oleh suatu sel. RNA-r berperan dalam sintesisrantai protein sebagai tempat pertemuan RNA-d dan RNA-t.
RNA dan DNA memiliki perbedaan. Cermati perbedaan-nya pada Tabel 3.1 di bawah ini.Tabel 3.1 Perbedaan RNA dan DNA
1) Terdapat dalam nukleus sel, mitokondria,plastida, sentriol.
2) Membentuk rantai ganda yang amat panjang.
3) Berhubungan erat dengan pengendalianfaktor-faktor keturunan dan sintesis protein.Kadarnya tidak dipengaruhi oleh kecepatansintesis protein.
4) Mengandung pirimidin: sitosin (C) dan timin(T) dan purin: adenin (A) dan guanin (G).
Terdapat dalam sitoplasma, dan nukleus, terutamadalam ribosom.
Membentuk rantai tunggal dan pendek.
Berhubungan dengan sintesis protein, dankadarnya berubah-ubah, menurut kecepatansintesis protein.
Mengandung pirimidin: sitosin (C) dan urasil (U),purin: adenin (A) dan guanin (G).
DNA RNA
Gambar 3.8RNA dalam sintesis protein
kodonribosom
ikatanpolipeptida
RNA-d
anti kodon
asamaminoRNA-t
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
48
5) Komponen gulanya deoksiribosa, yaituribosa yang kekurangan satu atom oksigen.
Komponen gulanya adalah ribosa (pentosa).
Deoksiribosa Ribosa
KromosomC Pada saat sel aktif melakukan metabolisme, di dalam
nukleus terdapat benang-benang halus seperti jala yang dapatmenyerap warna. Benang-benang halus ini disebut kromatin(chromo = warna, dan tin = badan). Ketika sel akan membelah,benang kromatin menebal dan memendek, lebih mudahmenyerap zat warna sehingga dapat dilihat dengan mikroskop.Benang kromatin yang menebal dan memendek ini, disebutkromosom.
Gambar 3.9Struktur kromosom
1. Penggolongan kromosom
Berdasarkan letak kromosom di dalam tubuh. Kromosomdi bagi menjadi dua macam, yaitu kromosom tubuh (autosom)dan kromosom kelamin (kromosom sex). Di dalam sel tubuhterdapat sepasang kromosom atau diploid (2n). Sepasangkromosom ini berasal dari induk betina (ovum) dan induk jantan(sperma). Masing-masing kromosom induk berjumlah nkromosom. Kromosom yang berpasangan tersebut, disebutkromosom homolog. Kromosom homolog adalah kromosom yangmempunyai struktur yang sama atau mempunyai lokus-lokusalel yang sama. Dalam sel tubuh manusia terdapat 23 macamkromosom homolog. Jumlah macam kromosom atau satu pasangkromosom haploid disebut genom.
Satu kromosom terdiri atas dua bagian, yaitu:1) sentromer atau kinetokhor. Bagian ini berbentuk bulat dan
tidak mengandung gen. Sentromer berfungsi untukpergerakan kromosom dari daerah ekuator ke kutubmasing-masing pada waktu pembelahan
2) Lengan merupakan badan kromosom. Di dalam lengan initerdapat kromomena (bahan nukleo protein)
lenganpendek
lenganpanjang
DNA
sentromer
dua kromatid
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
idS
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Bab 3 Materi Genetik
49
Letak sentromer menjadi ciri khas dari setiap pasangankromosom. Berdasarkan letak sentromernya, kromosom dapatdikelompokkan menjadi beberapa macam, yaitu:(1) Metasentrik: sentromer terletak di tengah-tengah kromosom(2) Submetasentrik: sentromer dekat pada salah satu ujung
kromosom(3) Aksosentik: sentromer terletak di dekat ujung kromosom(4) Parasentrik: sentromer terletak di ujung kromosom.
Selain penggolongan kromosom di atas, bentuk kromosomdapat bermacam-macam yang disebabkan oleh letak sentromeryang bermacam-macam pula. Contohnya, ada kromosom yangmenyerupai huruf L (satu lengan kromosom lebih panjang dariyang lain), kromosom menyerupai huruf I (sentromer terletakdi ujung kromosom), dan kromosom yang menyerupai huruf V(kromosom mempunyai lengan sama panjang).
Gambar 3.10Berbagai bentuk kromosom
2. Jumlah Kromosom
No. Organisme Jumlah No. Organisme JumlahKromosom Kromosom
1. Manusia 46 23. Hidra 322. Simpanse 48 24. Cemara 243. Kera 48 25. Ceri 324. Kuda 64 26. Kubis 185. Lembu/sapi 60 27. Lobak 186. Keledai 62 28. Kacang polong 147. Anjing 78 29. Buncis 228. Kucing 38 30. Ketimun 149. Tikus rumah 40 31. Kapas 52
10. Tikus sawah 42 32. Kentang 4811. Merpati 80 33. Tomat 2412. Ayam 78 34. Tembakau 4813. Kalkun 82 35. Gandum dipakai14. Katak 26 untuk membuat roti 4215. Ikan mas 94 36. Gandum dipakai16. Bintang laut 36 untuk membuat bir17. Ulat sutera 56 (Barley) 1418. Lalat rumah 12 37. Jagung 2019. Drosophila 38. Beras 24
melanogaster 8 39. Bawang 1620. Nyamuk 6 40. Ragi 3421. Kecoak 24 41. Jamur 422. Cacing tanah 36 42. Kapang Penicillium 2
Dalam setiap organisme terdapat jumlah kromosom yangbervariasi. Jumlah kromosom haploid yang terdapat padaberbagai organisme dapat dilihat pada Tabel 3.2 di bawah ini.Tabel 3.2 Jumlah Kromosom (2n) pada Berbagai Hewan dan Tumbuhan
Metasentrik Submetasentrik
Akrosentrik Parasentrik
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
50
Sintesis ProteinD Protein adalah suatu makromolekul yang disusun oleh
berbagai asam amino. Sedangkan, enzim adalah protein yangmempunyai kemampuan sebagai katalisator reaksi biokimiadalam proses metabolisme seluler. Berdasarkan hasil penelitianBeadle dan Tatum (1941), gen mengendalikan prosesmetabolisme atau kehidupan individu melalui prosespengendalian enzim. Jadi, perubahan struktur gen dapatmenyebabkan perubahan struktur protein pada tingkat asamamino, yang selanjutnya akan menyebabkan perubahan dalamproses metabolisme.
Protein tidak disintesis langsung oleh gen, melainkanmelalui proses transkripsi dan translasi (gen adalah namafungsional, strukturnya adalah DNA). Transkripsi adalah prosesreplikasi DNA untuk membentuk RNA-d. Sedangkan, translasiadalah proses penerjemahan informasi genetik yang terdapatpada RNA-d menjadi runtunan asam amino polipeptida. Dalamtranskripsi, DNA digunakan sebagai model untuk sintesisprotein. Untuk lebih mengetahui tentang transkripsi dantranslasi dalam sintesis protein, mari cermati uraian berikut ini.
Transkripsi adalah proses transfer informasi genetik dariruas DNA (gen) ke dalam molekul RNA yang dipandu olehenzim transkriptase sebagai katalisatornya. Runtunan basapada utas RNA-d ditentukan oleh runtunan basa yang terdapatpada satu ruas DNA, dan setiap basa tersebut akan dicaripadanan ribonukleotidanya, kemudian dirangkaikan menjadirantai RNA-d.
Pembacaan oleh transkriptase dimulai dari tanda awal(promotor) sampai tanda akhir (terminator). Hanya ruas yangdiapit oleh kedua tanda itu yang akan ditranskripsikan. Genmerupakan pengendali protein sehingga gen harus terdapatpada ruas di antara promotor dan terminator.
1. Transkripsi
Setelah proses transkripsi di dalam inti sel selesai, selanjutnyaRNA-d keluar dari inti untuk menjadi model cetakan dalampenyusunan rangkaian asam amino pada proses translasi.Informasi genetik yang dibawa oleh RNA-d terdapat padaruntunan basa yang dikandungnya. Setiap jenis kombinasi 3 basayang berdampingan mengandung sandi genetik (kodon) tertentu,yang dapat diterjemahkan menjadi satu jenis asam amino. Dalamsatu rantai RNA-d, hanya bagian tertentu yang menjadi polacetakan dalam sintesis protein, yaitu ruas yang diapit oleh kodonawal (AUG) dan kodon akhir (UAA, UAG, UGA)
2. Translasi
Gambar 3.11Protein
Diskusikan denganteman sebangkumu.Di manakah tempatterjadinya transkripsidan translasi?
Asam amino
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Bab 3 Materi Genetik
51
Setelah RNA-d sampai di ribosom, RNA-t mulaimengangkut asam amino ke dalam kompleks translasi(ribosom), serta membaca sandi-sandi (kodon) RNA-d.Selanjutnya, asam-asam amino yang dibawa oleh RNA-tdirangkai menjadi polipeptida. Kemampuan RNA-t menjalan-kan tugas tersebut, disebabkan karena adanya simpul antikodon dan kemampuan satu kompleks dengan asam aminoyang disebut aminoasil-t RNA.
Proses penerjemahan rangkaian kodon-kodon RNA-dmenjadi rangkaian asam amino polipeptida disebut translasi.Untuk mengetahui proses transkripsi dan translasi dalamsintesis protein, mari cermati Gambar 3.12 di bawah ini.
Gambar 3.12Proses transkripsi dan translasidalam sintesis protein
Transkripsi
Pembentukan RNA-d
ke sitoplasma
Translasi asamamino
DNA
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
52
Kodon 1
Kodon 2
Kodon 3
Kodon 4
Kodon 5
Kodon 6
Kodon 7
Sandi GenetikE Sandi genetik merupakan hubungan antara asam amino
yang terdapat pada rantai polipeptida dengan rangkaiannukleotida yang terdapat pada RNA-d. Rangkaian nukleotidadibentuk berdasarkan model DNA pada ruas gen. Sehingga,sandi genetik dapat diartikan sebagai aturan hubungan antargen dengan protein.
Pada asam nukleat DNA atau RNA-d terdapat 4 jenisnukleotida (basa) yang menyusun rantainya. Pada polipeptidadikenal 20 jenis asam amino penyusunnya. Dengan adanya20 jenis asam amino tersebut, harus ada aturan yang dapatmenjamin pengendalian gen dalam pembentukan protein, selalubersifat khas (satu gen hanya menyandikan satu jenis protein).Untuk menjamin kekhasan tersebut harus banyak faktorpengendali (kodon), sekurang-kurangnya sama dengan yangdikendalikan (asam amino). Hal ini bertujuan untuk mencegahadanya satu kodon mengendalikan lebih dari satu asam amino.Berdasarkan persyaratan ini, tidak mungkin satu asam aminodikendalikan hanya oleh satu nukleotida, karena keempatnukleotida yang ada tidak akan mencukupi untukmengendalikan 20 asam amino. Sistem penyandian seharusnyadidasarkan pada kombinasi dari nukleotida yang ada. Yangpaling mungkin adalah setiap kodon merupakan kombinasi3 nukleotida DNA sehingga akan diperoleh 64 kodon yang akanmencukupi untuk mengendalikan 20 asam amino.
Enam puluh empat kodon ini berfungsi menyandikan asamamino, tetapi akan ada kodon-kodon yang menyandikan satujenis asam amino yang sama. Jadi, ada 3 kodon, yaitu UAA,UAG, dan UGA yang menjadi kodon akhir dan AUG yangmenjadi kodon awal, keempat kodon ini tidak menyandikanasam amino. Sebagian besar asam amino dikendalikan lebihdari 1 kodon. Berbagai kodon yang menyandikan 1 jenis asamamino yang sama disebut kodon sinonim. Kodon-kodon diketahuitidak bertumpang tindih dan terletak berdampingan tanpapenyelang. Jadi, pembentukan asam amino akan dilakukan olehrangkaian kodon RNA-d dimulai dari kodon dan diakhiri olehsalah satu kodon akhir.
Konsep sandi genetik ditemukan berkat keberhasilanpeneliti mengembangkan sintesis protein dan asam nukleatsecara in vitro. Untuk mengetahui kode genetik ini, mariperhatikan Tabel 3.3 berikut ini.
Gambar 3.14Kodon pada RNA
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 3 Materi Genetik
53
U
Tabel 3.3 Kode Genetik (Kodon dari RNA-d)
BasaPertama
BasaKedua
BasaKetiga
G A C U
G
GGG Glisin GAG Asam GCG Alanin GUG Valin Gglutamat
GGA Glisin GAA Asam GCA Alanin GUA Valin Aglutamat
GGC Glisin GAC Asam GCC Alanin GUC Valin Caspartat
GGU Glisin GAU Asam GCU Alanin GUU Valin Uaspartat
AGG Arginin AAG Lisin ACG Treonin AUG “Start” G(Metionin)
AGA Arginin AAA Lisin ACA Treonin AUA Isoleusin A
AGC Serin AAC Asparagin ACC Treonin AUC Isoleusin C
AGU Serin AAU Asparagin ACU Treonin AAU Isoleusin U
CGG Arginin CAG Glutamin CCG Prolin CUG Leusin G
CGA Arginin CAA Glutamin CCA Prolin GUA Leusin A
CGC Arginin CAC Histidin CCC Prolin CUC Leusin C
CGU Arginin CAU Histidin CCU Prolin CUU Leusin U
UGC Triptofan UAG “Stop” UCG Serin UUG Leusin G
UGA “Stop” UAA “Stop” UCA Serin UUA Leusin A
UGC Sistein UAC Tirosin UCC Serin UUC Fenilalanin C
UGU Sistein UAU Tirosin UCU Serin UUU Fenilalanin U
C
Dalam sintesis protein dapat terjadi kesalahan dalammenerjemahkan kode-kode yang diterima dari DNA. Jika terjadikesalahan penerjemahan, akibatnya protein yang disusun jugakeliru sehingga enzim yang dihasilkan juga salah. Jika hal initerjadi, maka metabolisme akan terganggu. Misalnya, kodonGAA yang seharusnya diterjemahkan menjadi asam glutamat,tetapi oleh RNA-t dibaca GUA yang diterjemahkan menjadivalin, atau dibaca AAA yang diterjemahkan menjadi lisin. Halini, menyebabkan polipeptida yang dihasilkan tidak sesuaidengan perintah DNA.
Kesalahan ini berpengaruh pada proses pembentukanhemoglobin. Hemoglobin normal seharusnya mengandungasam glutamat, tetapi karena terjadi kesalahan dalampenerjemahan, hemoglobin mengandung valin atau lisin. Halini menyebabkan hemoglobin menghasilkan sel sabit. Sel sabitmenyebabkan kelainan yang disebut siklemia. Siklemiaditurunkan kepada keturunannya dan menyebabkan mutasi.
A
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
54
Bekerjalah dengan temanmu.
JudulMembangun Tangga DNA
TujuanSetelah melakukan kegiatan ini, kamu dapat menyusunsuatu model molekul DNA.
Bahan dan Alat1) Potongan-potongan kertas berwarna merah, biru, hijau
dan kuning dengan ukuran panjang: 1 cm dan lebar 1 cm2) Lem atau double tipe3) Gunting4) Karton putih
Cara Kerja1) Siapkan potongan-potongan kertas berwarna.2) Potongan kertas merah untuk molekul A, yang biru untuk
molekul T, yang kuning untuk molekul C, dan yang hijauuntuk molekul G.
3) Untuk anak tangga diperlukan 3 potong untuk setiap macampotongan kertas berwarna.
4) Pada ibu tangga, S mewakili molekul gula, dan P mewakilikelompok fosfat (lihat model DNA Watson crick padaGambar 3.7).
5) Buatlah ibu tangga sebelah kiri, bacaan dari atas ke bawah:ATACGGGCC
Mari MencobaMari Mencoba
Kesalahan RNA-t dalammenerjemahkan sandi dariRNA-d dapat menyebab-kan kelainan apa saja.Diskusikan dengan temansebangkumu.
Jadi, kesalahan RNA-t menafsirkan kode-kode genetik dariDNA juga merupakan salah satu mekanisme mutasi gen. Mutasigen menyebabkan perubahan sifat yang diwariskan secaraturun temurun. Untuk lebih memahami tentang DNA danproses replikasi, coba kamu lakukan percobaan berikut ini.
Bab 3 Materi Genetik
55
GTATCG
6) Lakukan langkah-langkah berikut ini.(a) Tempatkan molekul A (potongan kertas merah) di
samping molekul gula (S) yang pertama.(b) Tempatkan molekul T disamping molekul gula (S)
yang kedua dan seterusnya.(c) Lakukan dengan cara yang sama pada ibu tangga
sebelah kanan untuk menyusun masing-masing anaktangga.Molekul A hanya dapat berpasangan dengan molekulT, dan molekul C hanya dapat berpasangan denganmolekul G.
7) Bagaimana peristiwa terjadinya replikasi DNA?Coba kamu bayangkan bahwa molekul DNA yang
baru saja kamu buat sedang mengalami pembelahan. Anak-anak tangga akan mengalami keretakan atau berpisah.Molekul A akan memisahkan diri dari molekul T, danmolekul C memisahkan diri dari molekul G.
Ambil potongan-potongan kertas berwarna, danletakkan potongan-potongan kertas tersebut pada masing-masing separuh dari anak tangga yang bersesuaian.
Pertanyaan1) Dari manakah sel-sel tersebut memperoleh molekul-
molekul gula (S), fosfat (P), Adenin (A), Timin (T), Guanin(G), dan Cytosine (C)?
2) Apakah yang akan terjadi bila DNA yang baru tidak serupadengan DNA yang lama?
Apa yang dapat disimpulkan? Diskusikan hasil kelompokmudengan kelompok lain.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
56
1234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567
Kamu telah mempelajari materi genetik. Hal-hal penting apasajakah yang harus diketahui dalam mempelajarinya? Catatlah dalambentuk rangkuman. Kemudian, tukarlah hasil rangkumanmu denganrangkuman teman. Berikan masukan dan saran pada rangkumanmasing-masing.
Daftar IstilahDaftar Istilah
Alel = pasangan gen yang berada pada lokus yang sama padakromosom homolog.
Anti kodon = urutan tiga (3) basa yang merupakan komplemen darikodon. Anti kodon terdapat pada RNA-t, sedangkankodon terdapat pada RNA-d.
Double helix = bentuk benang DNA yang terdiri atas dua benangpolinukleotida yang saling berpilin.
Genom = sejumlah kromosom yang membentuk satu perangkatyang lengkap.
Kromosom = benang-benang pembawa sifat, karena mengandung gen.Kromosom terdiri atas benang-benang kromatin.
Kromosom homolog = kromosom pasangan yang memiliki gen dan lokus yangsama.
Lokus = letak atau tempat gen dalam kromosom
Nukleosida = persenyawaan kimia yang dibentuk dari ikatan molekulgula dan basa nitrogen
Nukleotida = persenyawaan kimia yang dibentuk dari ikatan molekulgula, basa nitrogen dan asam fosfat.
Replikasi = proses penggandaan DNA menjadi dua DNA yangidentik.
Sentromer = bagian kromosom yang berfungsi sebagai tempatperlekatan benang-benang spindel pada pembelahanmitosis.
Transkripsi = proses sintesis RNA d dengan menggunakan DNA sebagaiacuan.
Translasi = proses penerjemahan kodon menjadi asam amino padasintesis protein
Bab 3 Materi Genetik
57
1. Asam nukleat ditemukan ....a. hanya di dalam nukleusb. di dalam semua sel hidupc. hanya di dalam sitoplasmad. di dalam semua nukleotidae. di dalam mitokondria
2. Nukleotida tersusun atas suatu basanitrogen yang terikat antara ....a. fosfat yang terikat dengan asam
aminob. gugus gula yang terikat dengan
fosfatc. ribosa yang terikat dengan
deoksiribosad. timin yang terikat dengan urasile. ribosa dan timin
3. Suatu perbedaan utama antara DNAdan RNA adalah bahwa di dalamRNA ....a. urasil diganti oleh timinb. urasil diganti oleh adeninc. timin diganti oleh urasild. adenin diganti oleh urasile. guanin diganti oleh urasil
4. Dari keempat basa N berikut ini, yangmanakah terdapat dalam RNA?a. Adenin, timin, guanin, dan sitosinb. Adenin, guanin, sitosin, dan urasilc. Guanin, sitosin, timin, dan urasild. Guanin, urasil, timin, dan adenine. Sitosin, urasil, timin dan adenin
5. Pasangan guanin adalah ....a. timin d. sitosinb. adenin e. guaninc. urasil
6. Agar dapat memberikan instruksiuntuk menciptakan 20 asam amino
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat di setiap soal-soal berikut.
esensial, kode DNA perlu dibentukatau disusun dari ....a. 4 nukleotida tunggalb. 4 pasang nukleotidac. paling sedikit 3 nukleotidad. paling sedikit 4 nukleotidae. 2 nukleotida
7. Pembentukan protein di dalam selterutama berlangsung di dalam ....a. mitokondria d. kromosomb. ribosom e. lisosomc. nukleus
8. RNA transfer berkaitan denganpenyampaian ....a. protein d. asam aminob. polipeptid e. kodec. nukleotida
9. Suatu protein khusus yang dihasilkandi dalam sel adalah hasil dari ....a. urutan nukleotida di dalam
molekul DNAb. urutan gula dan fosfat di dalam
molekul DNAc. urutan asam amino di dalam RNA
transferd. jumlah ribosom di dalam sele. jumlah sel di dalam tubuh
10. Ilmuwan dapat menciptakan gen-genbaru dan menempatkannya di dalamsel-sel. Teknik ini dikenal sebagai ....a. DNA transferb. mutasi DNAc. replikasi DNAd. DNA rekombinane. translasi
11. Molekul-molekul DNA dari kebanyakanorganisme tersusun dalam rantai yang
M a r i B e r k o m p e t e n s iM a r i B e r k o m p e t e n s i
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
58
panjang yang disebut ....a. polipeptidb. proteinc. nukleotidad. kromosome. asam amino
12. Reproduksi seksual memberi organisme....a. kromosom-kromosom baru yang
lengkapb. kombinasi gen yang baruc. DNA rekombinand. kombinasi gen yang tak dapat
diubahe. gen baru
13. Yang bertugas menerjemahkan kodegenetik saat sintesis protein adalah ....a. DNA d. DNA dan RNAb. RNA-t e. RNA-rc. RNA-d
14. Pasangan-pasangan basa di dalamDNA secara bertahap, adalah ....a. A - T dan S - Ub. A - T dan G - Sc. G - T dan A - Sd. G - T dan A - Ue. G - T dan T - U
15. Misalkan rantai DNA memiliki urutanAAA - TGC - GCA, transkripsi DNAtersebut adalah ....a. TTT - ACG - CGTb. UUU - ACG - CGUc. TTT - CGA - CGTd. TTT - AGC - CGAe. UUU - AGC - CGU
1. Jelaskan struktur DNA dengan diagram menurut model Watson-Crick.
2. Bedakan DNA dan RNA berdasarkan struktur dan fungsinya.
3. Apa yang kamu ketahui tentang kode genetik? Ceritakan bagaimana kode ituditerjemahkan, dan tujuannya.
4. Berilah penjelasan bahwa ada hubungan antara kekeliruan penafsiran kode genetikoleh RNA dengan mutasi dan keanekaragaman makhluk hidup.
5. Jelaskan apa yang dimaksud dengan kromosom homolog dan kromosom nonhomolog.
B. Jawablah soal-soal berikut dengan singkat dan jelas.
Bab 4 Reproduksi Sel
59
BabBab Reproduksi Sel44Peta Konsep
Pengertian reproduksi sel
Reproduksi sel pada organisme prokariotik
Reproduksi sel pada organisme eukariotikMitosis
Meiosis
Proses pembentukan gamet pada hewantingkat tinggi dan manusia
Spermatogenesis
Oogenesis
Proses pembentukan gamet pada tumbuhantingkat tinggi
Mikrosporogenesis
Megasporogenesis
Reproduksi sel
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
60
Reproduksi Selpada Organisme
Prokariotik
B Reproduksi sel pada organisme prokariotik, seperti bakteridan protozoa, terjadi melalui proses pembelahan sel secaralangsung, yaitu dari satu sel akan membelah menjadi dua selyang sama besar dan mengandung materi genetik yang sama.Pembelahan sel seperti ini disebut pembelahan biner. Pembelahanbiner tidak mengalami tahapan-tahapan pembelahan, sepertipembelahan sel secara mitosis dan meiosis.
Masih ingatkah kamu, apa yang dimaksud denganpertumbuhan? Pertumbuhan merupakan pertambahan selsehingga suatu individu bertambah besar. Pertumbuhan sel initerjadi, karena proses pembelahan sel atau reproduksi sel.Pembelahan sel dibagi menjadi dua, yaitu pembelahan sel secaralangsung dan tidak langsung. Pembelahan sel secara langsungterjadi tanpa melalui tahap-tahap tertentu. Sedangkan,pembelahan tak langsung terjadi melalui beberapa tahap, yaituprofase, metafase, anafase, dan telofase. Pembelahan sel secaratak langsung dibagi menjadi dua macam, yaitu mitosis danmeiosis. Setelah mempelajari bab ini, kamu akan memahamiproses mitosis dan meiosis, mari ikuti uraian berikut ini.
Sel merupakan unit dasar kehidupan. Reproduksi sel adalahproses memperbanyak jumlah sel dengan cara membelah diri,baik pada organisme uniseluler maupun multiseluler.Pembelahan sel pada organisme uniseluler merupakan suatucara bagi organisme tersebut untuk melestarikan jenisnya.Sedangkan, bagi organisme multiseluler, pembelahan selmenyebabkan pertumbuhan dan perkembangan organisme.Misalnya, pada manusia, sel-sel memperbanyak diri sehinggatubuh manusia tersebut menjadi besar dan tinggi. Selain itu,reproduksi sel pada organisme multiseluler juga menghasilkansel-sel gamet yang berguna pada saat perbanyakan secarageneratif (reproduksi organisme melalui proses perkawinan).
Reproduksi sel merupakan proses penggandaan materigenetik (DNA) yang terdapat di dalam nukleus. Sehingga,menghasilkan sel-sel anakan yang memiliki materi genetik yangsama.
Berdasarkan organisasi sel, organisme dapat dibedakanmenjadi dua, yaitu organisme prokariotik dan eukariotik. Padaorganisme prokariotik, reproduksi sel dilakukan dengan caramembelah diri (pembelahan biner). Sedangkan, reproduksi selpada organisme eukariotik dengan cara mitosis dan meiosis.
PengertianReproduksi Sel
A
Gambar 4.1Pertumbuhan anak
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 4 Reproduksi Sel
61
Reproduksi Selpada Organisme
Eukariotik
CReproduksi sel pada organisme eukariotik terjadi melaluiproses pembelahan sel yang diawali dengan penggandaanmateri genetik (replikasi DNA), kemudian diikuti pembelahankromosom. Pembelahan kromosom ini akan diikuti olehpembelahan nukleus, lalu diakhiri dengan pembelahan sel.
Pembelahan sel pada organisme eukariotik dapat dibagimenjadi dua macam, yaitu mitosis dan meiosis. Mitosis dapatterjadi pada setiap organ dan berfungsi membentuk sel denganjumlah kromosom yang sama. Sedangkan, pembelahan meiosishanya berlangsung pada jaringan organ seks dan berfungsimereduksi jumlah kromosom menjadi separuhnya.
Mitosis dan meiosis merupakan pembelahan sel secaratidak langsung, yaitu melalui tahapan-tahapan tertentu, danditandai dengan penampakan yang berbeda-beda darikromosom yang dikandungnya. Pada saat pembelahan sel,kromosom mudah diamati di bawah mikroskop, karenabenang-benang kromatin menebal dan memendek serta mudahmenyerap warna. Sebelum sel membelah, sel melakukanpersiapan, seperti pembelahan organel-organel sel, setelahpembelahan sel selesai, terjadi proses pertumbuhan ataupertambahan sel. Untuk mengetahui proses pembelahan seltersebut, mari cermati uraian berikut.
Gambar 4.2Pembelahan sel bakteri
Proses pembelahan biner pada selbakteri diawali dengan sintesa bahan-bahan yang diperlukan untuk membuat selbaru. Pada awal pembelahan sel, kromosomyang terdapat bebas di dalam sel akanmenempel pada dinding sel, kemudianbersama-sama dengan pembesaran ukuransel, berlangsung sintesis sel atau replikasiDNA (penggandaan kromosom). SetelahDNA baru selesai dibentuk, dan sel telahmencapai pembesaran maksimum, akanterjadi pembelahan sel menjadi dua bagianyang memiliki bahan genetik yang sama.
kromosomprokariotik
membran plasma
dinding sel
duplikasi kromosom
dinding sel dan selaputplasma mulai membelah
terpisah menjadidua sel
Siklus sel adalah peristiwa pertumbuhan sel menuruttahapan tertentu, dan setelah melalui semua tahapan akankembali kepada tahapan semula. Siklus sel dapat dibagi menjadidua tahapan, yaitu tahapan interfase dan tahapan mitotik (fasepembelahan).
1. Siklus Sel
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
62
a. Interfase
Interfase sering disebut tahap istirahat. Hal ini tidak tepat,karena dalam tahap ini sel dalam keadaan aktif melakukanmetabolisme, termasuk mempersiapkan diri sebelumpembelahan. Pada tahap ini, di dalam sel terdapat membranyang membungkus inti sel. Kromosom tidak tampak karenakromosom dalam bentuk utas molekul DNA yang halus dantidak menggulung sehingga tidak dapat dilihat di bawahmikroskop cahaya.
Interfase dapat dibagi menjadi 3 tahap, yaitu:1) Fase G1 : Sel hasil pembelahan memasuki pertumbuhan
sel baru dan terus menerus melakukanpembelahan organel.
2) Fase S : Dalam sel terjadi proses replikasi DNA sebagaimateri genetik yang akan diturunkan.
3) Fase G2 : Sel tumbuh membesar dan menyiapkan segalakeperluan untuk pembelahan sel.
b. Fase Pembelahan
Fase ini disebut juga fase mitotik. Pada fase ini terjadi prosespembelahan sel, baik proses mitosis maupun meiosis. Untuklebih mengetahui tentang siklus sel. Mari cermati Gambar 4.3.di bawah ini.
Gambar 4.3Siklus sel
Diskusikanlah denganteman sebangkumu.Mengapa interfase seringdisebut tahap istirahat?Bagaimana pendapatmutentang hal tersebut?
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 4 Reproduksi Sel
63
2. Pembelahan Mitosis
Mitosis terjadi pada proses perbanyakan sel atau prosespertumbuhan suatu jaringan. Contohnya, pada pembentukansel-sel darah merah atau pertumbuhan jaringan di daerahmeristem. Mitosis merupakan periode pembelahan sel yangmenghasilkan sel anak dengan jumlah kromosom sama sepertiinduknya, yaitu 2n. Mitosis dapat dibagi menjadi 4 tahap, yaituprofase, metafase, anafase, dan telofase. Untuk mengetahuitahap-tahap pembelahan mitosis tersebut, mari cermatipembelahan berikut ini.
a. Profase
1) Nukleolus tidak tampak lagi dan membran nukleus telahmelebur.
2) Kromatin mengalami penebalan dan memendek menjadikromosom sehingga bisa dilihat dibawah mikroskop.Benang-benang kromosom berpasangan, tiap-tiapkromosom menggandakan diri membentuk struktur simetrisyang disebut kromatid. Kedua kromatid masih disatukanpada satu titik yang disebut sentromer.
3) Pada sel hewan terdapat sepasang sentriol yang memisah-kan diri ke kutub-kutub yang berlawanan. Setelah sampaidi kutub, sentriol membentuk benang-benang spindel yangmelekat pada sentromer di setiap kromatid.
b. Metafase
Kromosom terletak pada bidang di tengah sel dengansentromer menempel pada benang spindel. Bidang di tengahsel ini disebut bidang equator. Posisi kromosom yang tersebarpada bidang equator ini menyebabkan jumlah kromosom dapatdihitung dengan tepat dan bentuk kromosom dapat dipelajari.
c. Anafase
Daya tarik benang-benang spindel akan menyebabkankedua kromatid terlepas dari ikatan sentromer menuju kutubmasing-masing menjadi 2 kromosom baru. Jumlah kromosomyang menuju ke kutub yang satu sama dengan kromosom yangmenuju ke kutub yang lain.
d. Telofase
1) Kromosom telah berkumpul di kutub masing-masing.2) Membran inti muncul dan membungkus dua kelompok
kromosom yang telah terpisah tersebut menjadi dua inti baru.3) Kromosom makin lama makin menipis, kemudian menjadi
benang-benang kromatin kembali. Sehingga, tidak dapatdi lihat.
4) Nukleolus dapat dilihat kembali.
Gambar 4.4Pembelahan mitosis
Interfase
Profase
Prometafase
Metafase
Anafase
Telofase
Sitokinesis
Sel anakan Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
64
e. Sitokinesis
Setelah terbentuk dua inti sel, kemudian akan terjadiperpisahan sitoplasma dengan pembentukan dinding (sekatpemisah) yang terbentuk dimulai dari pinggir sel menuju ketengah memisahkan kedua inti menjadi 2 sel baru.
3. Pembelahan Meiosis
Pembelahan meiosis berlangsung pada saat pembentukansel gamet pada organisme diploid atau pada saat pembentukanspora nonseksual pada jamur. Meiosis berlangsung di jaringanorgan reproduksi seksual atau pada jaringan nutfah. Padapembelahan meiosis, setiap sel anak akan menerima separuhdari jumlah kromosom yang terdapat pada sel induk. Misalnya,manusia memiliki 46 kromosom dalam sel tubuhnya. Setelahterjadi pembelahan meiosis pada organ reproduksinya, sepertitestis atau ovarium, akan terbentuk gamet yang mengandunghanya 23 kromosom.
Meiosis dapat dibagi menjadi dua periode pembelahan,yaitu Meiosis I dan Meiosis II. Masing-masing periode terdiriatas tahap-tahap profase, metafase, anafase, dan telofase. Hasilakhir pembelahan meiosis adalah 4 sel anak yang haploid.
a. Meiosis I
1) Profase Ia) Leptoten : merupakan tahap pertama profase, kromatin
membentuk benang halus leptonema(kromosom) sehingga kromosom tampak sepertimassa yang tidak teratur.
b) Zigoten : Proses penebalan berjalan terus dan kromosommulai berpasangan dengan homolognya.
c) Pakiten : Kromosom yang homolog terdiri atas 4 kromatidyang disebut tetrad. Pasangan 2 kromosomhomolog disebut bivalen. Pasangan 3 atau 4kromosom homolog disebut trivalen atautetravalen.
d) Diploten : Kromatid pada kromosom homolog dapatsaling melilit dan bertukar ruas satu denganyang lain, disebut pindah silang. Dua kromatidyang disatukan oleh satu sentromer disebutkromatid bersaudara. Kontak antar kromatidbersaudara disebut kiasma.
e) Diakinesis : Tahap akhir profase I, membran inti melarut.Apa perbedaan antarameiosis I dan meiosis II?Diskusikan dengan temansebangkumu.
Bab 4 Reproduksi Sel
65
2) Metafase 1Benang spindel keluar dari kutub yang berlawanan dan
mengait pada sentromer kromosom yang telah berpasangan.Semua bivalen terletak pada bidang equator.
3) Anafase 1Kromosom homolog bergerak ke arah kutub yang
berlawanan dengan dua kromatid bersaudara masih tetapterikat pada sentromernya.
4) Telofase 1Dua kelompok gugus kromosom tiba di dua kutub yang
berlawanan, masing-masing memiliki separuh jumlah guguskromosom sel induk. Masing-masing kromosom masihmembawa dua kromatid bersaudara. Selaput inti mulaiterbentuk dan sel-sel anakan memisah.
b. Meiosis II
Pada meiosis II, tahap-tahap yang terjadi dalam meiosis Iterulang kembali. Agar berbeda, tahap-tahap meosis IIdinamakan Profase II, Metafase II, Anafase II, dan Telofase II.
1) Profase IISelaput inti dan nukleus dalam sel mulai menghilang dan
benang-benang spindel menarik sentromer kedua kutub yangberbeda.
2) Metafase IIKromosom terletak pada bidang equator dan setiap
sentromer pada kromosom diikat oleh benang spindel.
3) Anafase IISentromer membelah dan dua kromatid berpisah,
kemudian bergerak kearah berlawanan menuju kutub.
4) Telofase IIKromosom berkumpul pada kutub yang berbeda, dan
membran inti muncul membungkus kelompok kromosomtersebut. Setelah melewati 2 kali pembelahan, maka dari satusel akan dihasilkan 4 sel dengan masing-masing sel mengandungkromosom separuh jumlah sel induknya.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
66
Gambar 4.5Reproduksi sel secarameiosis
Terjadi pada semua sel tubuh (autosom) yangsedang memperbanyak diri.
Hanya terdapat satu tahap pembelahan dalamsatu siklus pembelahan sel.
Tidak terdapat pasangan kromosom homolog,yang berpisah adalah kromatid-kromatid yangbergerak menuju kutub yang berbeda.
Tidak terjadi pertukaran segmen kromosom.
Sel baru yang dihasilkan dari suatu mitosis akanmempunyai struktur genetik yang sama dengansel awal.
Hasil akhir dari pembelahan satu sel adalah duasel baru yang sama.
Hanya terjadi pada sel gonad pada saatpembentukan gamet
Terdapat dua tahap pembelahan, yaitu meiosis Idan meiosis II.
Terdapat pasangan kromosom homolog padameiosis I, kemudian setiap anggota pasangankromosom akan bermigrasi menuju kutub yangberbeda. Pada meiosis II baru terjadi pemisahankromatid seperti pada mitosis.
Terjadi pindah silang antara kromosom homologyang berpasangan.
Sel yang dihasilkan melalui proses meiosis akanmempunyai jumlah kromosom separuh dari selsemula.
Hasil akhir dari pembelahan satu sel adalahempat sel baru yang mempunyai jumlahkromosom separuh daeri sel induk.
Mitosis Meiosis
Tabel 4.1 Perbandingan Mitosis dan Meiosis
(a) Leptoten (b) Zigoten (c) Pakiten (d) Diploten
(e) Diakinesis (f) Metafase I (g) Awal anafase I (h) Akhir anafase I
(i) Telofase I (j) Interfase (k) Profase II (l) Metafase II
(m) Anafase II (n) Telofase II (o) Tetrad (p) 4 sel anakan
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 4 Reproduksi Sel
67
Gambar 4.4Perbandingan meiosis danmitosis
Bekerjalah dengan temanmu.
JudulProses Pembelahan Mitosis dan Meiosis
TujuanUntuk mengetahui perbedaan pembelahan mitosis danmeiosis.
Bahan dan Alat1) benang berwarna2) karton berwarna3) spidol berwarna4) dua buah karton lebar berwarna putih5) gunting6) lem atau double tipe
Cara Kerja1) Gambarlah fase-fase pembelahan mitosis di kertas putih
menggunakan spidol (lihat Gambar 4.4 Pembelahanmitosis)
2) Buatlah gambar kromosom di karton berwarna sesuaidengan fase-fase di atas. Kemudian potong-potong.
3) Tempelkan kromosom dalam setiap fase di karton putih.Gunakan benang berwarna sebagai benang spindel.
Mari MencobaMari Mencoba
Untuk lebih mengetahui tentang pembelahan mitosis danmeiosis, coba kamu lakukan kegiatan berikut ini.
MitosisSel induk
MeiosisSel induk
Replikasi DNA
Replikasi DNA
2 sel anak
2 sel anak
4 sel anak
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
68
ProsesPembentukan
Gamet pada HewanTingkat Tinggi dan
Manusia
D Pada hewan tingkat tinggi dan manusia terjadi prosespembentukan sel gamet pada jaringan organ reproduksinya.Pembentukan sel kelamin jantan atau sperma yang terjadi didalam testis disebut spermatogenesis. Sedangkan, di dalamovarium terjadi pembentukan sel kelamin betina atau ovumyang disebut Oogenesis. Spermatogenesis dan Oogenesistermasuk pembelahan meiosis, karena terjadi di jaringan organreproduksi dan menghasilkan 4 sel anak yang haploid. Untuklebih mengetahui tentang spermatogenesis dan oogenesis, maricermati uraian berikut ini.
Gamet jantan atau sperma dibentuk dalam kelenjar yangdisebut testis. Testis berfungsi membentuk sperma danandrogen (hormon jantan). Sperma dibentuk dalam epiteliumnutfah (Seminiferus tubules) yang terdapat dalam testis. Jaringanepitelium nutfah disusun oleh lapisan-lapisan sel yangmemproduksi sperma yang tersusun berdasarkan urutanperkembangan spermatogenesis, mulai spermatogonium padalapisan dasar sampai sperma pada lumen tubuh. Spermato-gonium tidak langsung bermeiosis membentuk gamet, tetapimelakukan mitosis terlebih dahulu untuk memperbanyakspermatogonium, kemudian membelah secara meiosis.
Hasil pembelahan meiosis spermatogonium adalahspermatosit primer. Spermatosit primer mengalami meiosisI menjadi dua spermatosit sekunder, kemudian masing-masingspermatosit sekunder mengalami meiosis II, menjadi4 spermatid yang sama besarnya dan jumlah kromosomnyahaploid. Kemudian, sel spermatid akan berkembang menjadi
1. Spermatogenesis
4) Beri keterangan dengan kata-katamu sendiri.5) Lakukan hal yang sama untuk pembelahan meiosis.
Pertanyaan1) Mengapa pada pembelahan meiosis, kromosom anakan
setengah dari induknya?2) Mengapa dalam meiosis terjadi pindah silang, sedangkan
meiosis tidak?3) Apa perbedaan yang mendasar antara mitosis dan meiosis?
Apa yang dapat disimpulkan? Diskusikan hasil kelompokmudengan kelompok lain.
Bab 4 Reproduksi Sel
69
sperma atau spermatozoa. Dalam proses perkembangan ini,spermatid akan kehilangan hampir seluruh sitoplasmanya,tetapi sperma memperoleh organ berupa ekor yang berfungsiuntuk bergerak dalam proses pembuahan sperma mengandungmitokondria yang menyediakan ATP sebagai sumber energiuntuk bisa beberapa minggu atau bulan (pada manusiaberlangsung 74 hari).
2. Oogenesis
Gambar 4.8Spermatogenesis
Pembentukan gamet betina atau oogenesis berlangsung didalam ovarium organ kelamin betina. Gamet betina atau ovumdibentuk di dalam satu paket sel yang disebut folikel yangterdapat dalam ovarium. Folikel disusun oleh satu sel yang dapatbermeiosis disebut oogonium (sel induk ovum) yang mempunyaikromosom diploid. Oogonium ini dikelilingi satu lapis sel folikelyang akan melindungi dan memberi nutrisi sel telur yangdewasa. Oogonium (2n) akan bermitosis dan berkembangmenjadi sel yang siap bermeiosis, disebut oosit primer. Oositprimer ini akan mengalami pembelahan meiosis I menjadi oositsekunder dan badan kutub primer, kemudian pada akhirmeiosis II, dari oosit sekunder dihasilkan satu sel oosit dan satubadan kutub sekunder. Sedangkan, dari badan kutub primer
Sitoplasmapenyuplai
Spermatogonium Penghubung antarasel penyuplai
Inti sel penyuplaiBasal lamina
Spermatogoniummengganda
Spermatogonium
Spermatositprimer
Spermatositsekunder
Spermatid primer
Spermatid sekunder
Spermatozoa
Jembatan sitoplasmaLumen tubula seminiferus
Mitosis
MemasukiMeiosis I
Meiosis Iselesai
Meiosis II
Diskusikan dengan temansebangkumu.Apa perbedaan prosespembentukan sperma danovum?
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
70
ProsesPembentukanGamet pada
Tumbuhan TingkatTinggi
EMikrosporogenesis adalah pembentukan gamet di dalam
organ jantan bunga yang menghasilkan serbuk sari. Dalamkepala sari (anther) terdapat empat mikrosporangium. Setiapmikrosporangium mengandung mikrosporosit (diploid).Mikrosporosit ini mengalami pembelahan meiosis I dan meiosis II.Pembelahan meiosis ini menghasilkan empat mikrosporahaploid dan berkelompok menjadi satu yang disebut tetrad. Intisel setiap mikrospora mengalami pembelahan inti (kariokinesis)sehingga menghasilkan 2 nukleus haploid, yaitu nukleus saluranserbuk sari dan nukleus generatif. Setelah serbuk sari terbentuk,nukleus generatif mengalami pembelahan mitosis menghasilkandua nukleus sperma, tetapi tidak diikuti sitokinesis. Jadi, satuserbuk sari yang masak mempunyai tiga nukleus haploid, yaitusatu nukleus vegetatif (saluran serbuk sari) dan dua nukleusgeneratif (sperma).
1. Mikrosporogenesis
Gambar 4.9Oogenesis
menghasilkan 2 badan kutub sekunder. Jadi, oosit primermengalami pembelahan meiosis dan menghasilkan 1 ootid (seltelur) dan 3 badan kutub.
Dalam pembelahan meiosis I (oosit primer menjadi oositsekunder) pembagian sitoplasma tidak sama sehinggamenghasilkan satu sel besar yang disebut oosit sekunder dan satusel kecil yang disebut badan kutub primer. Begitu pula pada saatmeiosis II (oosit sekunder menjadi ootid). Oosit sekunder yangmengandung hampir semua sitoplasma dan kuning telurmembelah secara tidak sama membentuk sebuah ootid besardan sebuah badan kutub sekunder yang berukuran kecil. Padasaat bersamaan, badan kutub primer membelah menjadi2 badan kutub sekunder. Selanjutnya, ootid akan mengalamipertumbuhan dan perkembangan menjadi sel telur yang masak,sedangkan 3 badan kutub sekunder akan hancur. Telurmerupakan sel paling besar karena telur merupakan sumberpersediaan makanan, ribosom, RNA, dan komponen sitoplasmalainnya untuk membantu perkembangan embrio.
oogonia
oosit primer
oosit sekunder
badankutubprimer
badankutubsekunder
oosit
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 4 Reproduksi Sel
71
Megasporogenesis adalah pembentukan gamet betina didalam bakal buah atau ovarium. Di dalam satu ovari (bakalbuah) terdapat sel induk megaspora (megasporosit). Sel indukmegaspora yang bersifat diploid akan bermeiosis menghasilkanempat sel haploid (tetrad). Dari keempat sel tersebut hanya satuyang hidup menjadi sel megaspora.
Sel megaspora ini, kemudian mengalami serangkaianmitosis menghasilkan delapan inti haploid. Delapan inti iniberada di dalam satu sel besar bernama kantung embrio(kandung lembaga muda) yang dilingkupi oleh kulit dan bagianujungnya terdapat sebuah lubang kecil yang disebut mikrofil.Mikrofil berfungsi sebagai jalan masuk saluran serbuk sari kedalam kandung lembaga. Tiga nukleus terletak di dekat mikrofildan dua di antaranya sinergid (mati). Nukleus yang mengalamipertumbuhan dan perkembangan menjadi ovum (sel telur). Tiganukleus yang lain terletak di seberang mikrofil yang disebutantipoda, selanjutnya akan mati pula karena degenerasi. Duanukleus yang terletak di tengah akan bersatu di tengahkandung lembaga menjadi satu nukleus diploid (2n) atau intikandung lembaga sekunder.
2. Megasporogenesis
Gambar 4.10Mikrosporogenesis
mikrosprosit
meiosis I
meiosis II
mikrospora
kariokinesis
nukleus generatif
nukleus saluranserbuk sari
nukleus sperma
nukleussaluranserbuk sari
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
72
Gambar 4.11Megasporagenesis
1234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567
Kamu telah mempelajari reproduksi sel. Hal-hal penting apasajakah yang harus diketahui dalam mempelajarinya? Catatlah dalambentuk rangkuman. Tuliskan pula daftar istilah tentang reproduksisel yang menurutmu sulit. Gunakanlah kamus biologi untuk mencariartinya. Kemudian, tukarlah hasil rangkumanmu dengan rangkumanteman. Berikan masukan dan saran pada rangkuman masing-masing.
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 4 Reproduksi Sel
73
1. Proses pembelahan mitosis berlangsungdi ....a. semua jaringan mudab. sel-sel somatik tubuh, kecuali sel
gonadc. alat reproduksid. sel-sel gamete. jaringan tua
2. Sintesis di dalam sel berlangsung padafase ....a. profase d. interfaseb. metafase e. telofasec. anafase
3. Pada waktu proses pembentukan sel-sel gamet, berlangsung pembelahan ....a. biner d. amitosisb. mitosis e. biner dan mitosisc. meiosis
4. Di dalam mikroskop tampak adanyapasangan-pasangan kromosom yangberada di daerah ekuator sel. Padasaat itu, sel berada dalam fase ....a. metafase d. profaseb. anafase e. interfasec. telofase
5. Urutan peristiwa spermatogenesisadalah ....a. spermatogonium → spermatosit
primer → spermatosit sekunder →spermatid → sperma
b. spermatosit primer → spermatogo-nium → spermatosit sekunder →spermatid → sperma
c. spermatid → spermatosit primer→ spermatogonium → spermatidsekunder → sperma
d. spermatosit sekunder → sperma-tosit primer → spermatogonium →
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat di setiap soal-soal berikut.
spermatid → spermae. Spermatosit sekunder → sperma-
togonium → sperma
6. Pernyataan berikut menunjukkanperbedaan antara mitosis dan meiosis,kecuali ....a. pada mitosis dihasilkan dua sel
anak, pada meiosis dihasilkanempat sel anak
b. sel anak mitosis mempunyai 2nkromosom, sedangkan sel anakmeiosis mempunyai n kromosom
c. sel anak mitosis identik dengan selinduk, sedangkan sel anak meiosistidak identik dengan sel induk
d. mitosis terjadi di sel somatik,meiosis di organ reproduksi
e. sel anak mitosis mempunyaisitoplasma, sedangkan sel anakmeiosis tidak mempunyai sitoplasma
7. Urutan peristiwa oogenesis adalah ....a. oosit primer → oogonium → oosit
sekunder dan badan kutubpertama → ootid dan badan kutubkedua → sel ovum
b. oogonium → oosit primer → oositsekunder dan badan kutubpertama → ootid dan badan kutubkedua → sel ovum
c. oosit primer → oosit sekunder danbadan kutub pertama →oogonium → ootid dan badankutub kedua → sel ovum
d. oosit primer → oosit sekunder →oogonium dan badan kutubpertama → ootid dan badan kutubkedua → sel ovum
e. sel induk makrospora → tetrad →inti vegetatif
M a r i B e r k o m p e t e n s iM a r i B e r k o m p e t e n s i
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
74
8. Urutan peristiwa mikrosporogenesisadalah ....a. mikrospora → sel induk
mikrospora → inti vegetatif (inti seltabung) dan dua inti generatif (intisperma)
b. sel induk mikrospora →mikrospora (tetrad) → intivegetatif (inti sel tabung) dan duainti generatif (inti sperma)
c. inti vegetatif → inti generatif → selinduk mikrospora → mikrospora
d. sel induk mikrospora → intivegetatif → inti generatif → tetrad
e. sel induk makrospora → tetrad →inti vegetatif
9. Sintesis materi genetik terjadi padafase ....a. profase d. telofaseb. metafase e. interfasec. anafase
10. Pada pembelahan mitosis terjadipenebalan kromatin menjadikromosom sehingga bisa di indra. Halini terjadi pada fase ....a. anafose d. telofaseb. metafose e. sitokinesisc. profase
1. Jelaskan tahap-tahap pembelahan mitosis.
2. Jelaskan pembelahan meiosis dengan skema atau gambar.
3. Jelaskan persamaan dan perbedaan antara mitosis dan meiosis.
4. Jelaskan perbedaan antara spermatogenesis dan oogenesis.
5. Jelaskan perbedaan antara mikrosporogenesis dan megasporogenesis.
B. Jawablah soal-soal berikut dengan singkat dan jelas.
11. Pada profase pembelahan meiosis,kromosom mulai berpasangan dengankromosom homolognya. Hal ini terjadipada ....a. leptoten d. diplotenb. zigoten e. diakinesisc. pakiten
12. Pindah silang terjadi pada fase ....a. leptoten d. diplotenb. zigoten e. diakinesisc. pakiten
13. Pada sel bakteri terjadi pembelahan ....a. mitosis d. biner dan meiosisb. meiosis e. mitosis dan meiosisc. biner
14. Spermatogenesis terjadi di ....a. testis d. ampulab. vas deferens e. kelenjar cowperc. ovarium
15. Tempat masuknya serbuk sari kedalam kantung lembaga disebut ....a. sinergid d. megasporab. mikrofil e. oositc. tetrad
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
7 5
BabBab Hereditas dan Mutasi55Peta Konsep
Hereditas dan mutasi
Faktor penyebab mutasi
Perubahan struktur kromosom
Perubahan jumlah kromosom
Mutasi
Mutasi kromosom
Hereditas pada manusia
Gen letalLetal resesif
Letal dominan
Pautan seksHemofilia
Warna mata Drosophila melanogaster
Hukum MendelPercobaan monohibrid dan Hukum Mendel I
Percobaan dihibrid dan Hukum Mendel II
Lingkungan
Kromosom seksTingkat ploidi
Pewarisan golongan darah pada manusia
Cacat dan penyakit menurun
Penambahan atau pengurangan pasangan basa
Substitusi pasangan basaMutasi gen
PolimeriEpistasis dan hipostasis
KriptomeriPenyimpangan semu Hukum Mendel
Gagal berpisah
Pautan
Pautan, pindah silang, dan gagal berpisah Pindah silang
Pengertian hereditas
Penentuan jenis kelamin
SHARED BY: MY-DIARYZONE.BLOGSPOT.COM
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
7 6
Pernahkah kamu melihat mawar berwarna merah muda?Mawar ini diperoleh dari persilangan antara mawar berwarnamerah dengan mawar putih. Bagaimana hal ini bisa terjadi?
Hal ini berhubungan dengan genotip. Genotip adalah sifatyang ditentukan oleh gen. Genotip diwariskan dari orang tuakepada keturunannya. Tetapi, genotip tidak akan tampak tanpalingkungan yang mendukung. Sifat yang tampak dari luardisebut fenotip. Fenotip merupakan perpaduan antara genotipdengan lingkungannya. Pewarisan sifat dari induk kepadaturunannya disebut hereditas. Bahan genetik atau gen dapatmengalami perubahan yang disebut mutasi. Mutasi akanmenyebabkan perubahan fenotip individu sehingga terjadikeanekaragaman makhluk hidup. Setelah kamu mempelajaribab ini, kamu akan mengetahui tentang pola-pola hereditas danbagaimana proses terjadinya mutasi. Mari ikuti pembahasanberikut ini.
PengertianHereditas
A Hereditas adalah penurunan sifat dari induk kepadaketurunannya. Keturunan yang dihasilkan dari perkawinan antarindividu mempunyai perbandingan fenotip maupun genotip yangmengikuti aturan tertentu. Aturan-aturan dalam pewarisan sifatini disebut pola-pola hereditas.
Teori pertama tentang sistem pewarisan yang dapat diterimakebenarannya dikemukakan oleh Gregor Mendel pada 1865.Teori ini diajukan berdasarkan penelitian persilangan berbagaivarietas kacang kapri (Pisum sativum). Hasil percobaannya, ditulisdalam makalah yang berjudul Experiment in Plant Hybridization.Dalam makalah tersebut, Mendel mengemukakan beberapahipotesis mengenai pewarisan material genetik dari tetua kepadaanaknya, di antaranya adalah Hukum Segregasi dan HukumPerpaduan Bebas. Hukum Segregasi atau Hukum Mendel Imenyatakan bahwa dalam pembentukan sel gamet, pasangan alelakan memisah secara bebas. Sedangkan, Hukum Perpaduan Bebasatau Hukum Mendel II menyatakan bahwa alel dari lokus satuakan berpadu secara bebas dengan alel-alel dari lokus lainnya.
Hukum MendelB Orang yang pertama kali melakukan percobaan tentang
pewarisan sifat adalah Gregor Mendel. Dia menyilangkankacang kapri (pisum sativum) dengan memperhatikan satu sifatbeda yang mencolok, seperti kapri berbunga merah disilangkandengan kapri berbunga putih, kapri berbiji bulat disilangkandengan kapri berbiji keriput. Berdasarkan penelitian ini, Mendelmerumuskan Hukum Mendel I dan Mendel II. Mari cermatiuraian berikut ini.
Gambar 5.1Gregor Mendel
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
7 7
1. Percobaan Monohibrid dan Hukum Mendel I
Pada percobaan monohibrid untuk tujuh sifat yang diamatipada tanaman kapri, Mendel memperoleh hasil seperti yangdisajikan pada Tabel 5.1 dan 5.2. Pada seluruh tanaman F1,hanya ciri sifat dari salah satu tetuanya yang muncul,sedangkan ciri sifat dari tetua yang lain tidak muncul. Sifat yangmuncul pada F1, misalnya biji bundar disebut sifat dominan.Sedangkan, sifat yang tidak muncul, misalnya biji keriputdisebut sifat resesif.
Pada generasi F2, ciri-ciri yang dipunyai kedua tetua munculkembali, misalnya biji bundar dan biji keriput. Dari percobaanMendel untuk seluruh sifat yang diamati pada F2, terdapatperbandingan yang mendekati 3 : 1, antara ciri dominan danresesif.Tabel 5.1. Data Persilangan dan F1 Percobaan Mendel
Sifat Persilangan Tanaman F1
Bentuk biji bundar >< keriput 100 % bundarWarna albumen kuning >< hijau 100 % kuningWarna bunga merah-ungu >< putih 100 % merah-unguBentuk polong gembung >< berkerut 100 % gembungWarna polong hijau >< kuning 100 % hijauKedudukan bunga aksial >< terminal 100 % aksialTinggi tanaman tinggi >< pendek 100 % tinggi
Mengapa Mendelmengunakan kacang kapri(Pisum Sativum) sebagaiobjek penelitian?Diskusikan dengan temansebangkumu.
Tabel 5.2. Data F2 Percobaan Mendel
Sifat Dominan Resesif Perbandingan
Bentuk biji 5474 bundar 1850 keriput 2.96 : 1Warna albumen 6022 kuning 2001 hijau 3.01 : 1Warna bunga 705 merah-ungu 224 putih 3.15 : 1Bentuk polong 882 gembung 299 berkerut 2.95 : 1Warna polong 428 hijau 152 kuning 2.85 : 1Kedudukan bunga 451 aksial 207 terminal 3.14 : 1Tinggi tanaman 787 tinggi 277 pendek 2.84 : 1
Apa perbedaan antaragenerasi F1 dan F2?Diskusikan dengan temansebangkumu.
Dari percobaan tersebut, Mendel menyimpulkan bahwapada saat pembentukan gamet, terjadi pemisahan bebaspasangan gen-gen yang dikandung oleh induk (parental)sehingga setiap gamet memperoleh satu gen dari alelnya.Misalnya, induk Bb (F1) menghasilkan gamet B dan b. Hal inidikenal sebagai Hukum Segregasi atau Hukum Mendel I.Kemudian, terjadi perkawinan antara induk jantan dan betina.Hal ini menyebabkan gamet B dan b bergabung secara acak.Sehingga, dihasilkan F2 dengan perbandingan fenotif 3 : 1. Untuklebih memahami hukum Mendel I, mari cermati percobaanmonohibrid berikut ini.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
7 8
Gambar 5.2Hasil percobaan monohibridMendel, antara biji bulatdengan biji keriput
2. Percobaan Dihibrid dan Hukum Mendel II
Percobaan Mendel yang melibatkan dua sifat sekaligusdisebut percobaan dihibrid. Dari percobaan ini, dapatdisimpulkan bahwa dalam proses pembentukan gamet, setiappasang alel dalam satu lokus bersegregasi bebas denganpasangan alel lokus lainnya, dan akan berpadu secara bebasdengan alel dari lokus lainnya. Hukum perpaduan bebas inidirumuskan dari hasil observasi terhadap penyebaran fenotipF2 persilangan dihibrid. Pada F2, Mendel memperolehperbandingan fenotip 9 : 3 : 3 : 1.
Misalnya, persilangan dengan dua sifat beda antara bijibundar kuning dengan keriput hijau. Pada F1 diperoleh bijibundar kuning. Hal ini terjadi, karena setiap gen dapatberpasangan secara bebas. Artinya, biji bundar dominanterhadap keriput, dan kuning dominan terhadap hijau.Persilangan antara F1 menghasilkan keturunan F2 denganperbandingan fenotip antara bulat kuning : keriput kuning :bulat hijau : keriput hijau = 9 : 3 : 3 : 1. Untuk lebih memahami,mari cermati Gambar 5.3 berikut ini.
BB (bulat) bb (keriput)
×
GametB b
Bb (bulat)
b B
B bSperma
B bGamet
BB Bb
Bb bb
Bujur Sangkar Punnett
×
GenerasiParental
Generasi F1
Generasi F2
B
b
Sel telur
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
7 9
Gambar 5.3Persilangan Dihibrid Mendelyang menghasilkan HukumPerpaduan Bebas
BBKK(bulat, kuning)
bbkk(keriput, hijau)
GametBK bk
Bb Kk
BK Bk bK bk
BK Bk bK bk BK Bk bK bkGamet
BBKK BBKk BbKK BbKk
BBKk BBkk BbKk Bbkk
BbKK BbKk bbkk bbKk
BbKk Bbkk bbKk bbkk
BK
Bk
bK
bk
Sel telur
GenerasiParental
Generasi F1
Generasi F2
×
×
Bujur Sangkar Punnett
PenyimpanganSemu Hukum
Mendel
CNisbah genotip maupun fenotip yang dihasilkan olehMendel akan terpenuhi jika setiap sifat hanya ditentukan olehalel dalam satu lokus. Alel dalam setiap lokus bersegregasi bebasdengan lokus lain, dan gen-gen terdapat pada inti.
Pada kasus-kasus tertentu, perbandingan fenotip 9 : 3 : 3 : 1tidak dipenuhi, tetapi menghasilkan perbandingan fenotip yangberbeda, misalnya 9 : 3 : 4, 15 : 1, atau 12 : 3 : 1. Munculnyaperbandingan yang tidak sesuai ini disebut penyimpangan semuhukum Mendel.
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
8 0
Tabel 5.3. Kemungkinan Kombinasi Aa Bb >< Aa Bb
AB
AABBungu
AABbungu
AaBBungu
AaBbungu
Ab
AABbungu
AAbbmerah
AaBbungu
Aabbmerah
aB
AaBBungu
AaBbungu
aaBBputih
aaBbungu
ab
AaBbungu
Aabbmerah
aaBbputih
aabbmerah
AB
Ab
aB
ab
Kriptomeri merupakan interaksi komplementasi yangterjadi, karena munculnya hasil ekspresi suatu gen yangmemerlukan kehadiran alel tertentu pada lokus lain. Contohinteraksi komplementasi ini, terjadi pada proses pembentukanwarna bunga Linaria maroccana. Warna bunga ditentukan olehkandungan antosianin dan keadaan pH sel. Kandunganantosianin pada bunga ditentukan oleh satu gen yangmempunyai dua alel dominan resesif (Misal A dan a).
Tanaman akan mengandung antosianin apabilamempunyai alel dominan A. Gen pada lokus lain dapatmenghasilkan senyawa yang menyebabkan sel berlingkunganasam atau basa. Lingkungan asam basa sel ini dikendalikanoleh sepasang alel dominan resesif pula (misalnya alel B danb). Alel dominan B menyebabkan sitoplasma bersifat basa,sedangkan alel resesif b membuat sitoplasma bersifat asam.
Pada bunga Linaria maroccana terdapat tiga warna bungayaitu merah, putih, dan ungu. Jika bunga Linaria maroccanaberbunga merah galur murni disilangkan dengan bunga putih galurmurni, maka akan diperoleh F1 yang semuanya berbunga ungu.Jika sesama F1 disilangkan, maka akan menghasilkan fenotipdengan perbandingan bunga ungu : merah : putih = 9 : 3 : 4
1. Kriptomeri
Dari hasil penyilangan di atas, dapat disimpulkan bahwa:a) Fenotip warna bunga ungu memiliki pigmen antosianin
dalam lingkungan basa dengan genotip A-B-.b) Fenotip warna bunga merah memiliki pigmen antosianin
dalam lingkungan asam dengan genotip A-bb.
Tetua(P) : AAbb >< aaBB(Merah) (Putih)
Gamet : Ab >< aBF1 : AaBb
(Ungu)
Mengapa perbandinganfenotif 9 : 3 : 4, 15 : 1 dan12 : 3 : 1 disebutpenyimpangan semuhukum Mendel?Diskusikan dengan temansebangkumu.
Diagram persilangan di atas menunjukkan perbandingan 9 : 3 : 4
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
8 1
Polimeri terjadi karena dua gen memproduksi bahan yangsama dan menghasilkan fenotip yang sama. Contohnya adalahsifat warna merah pada gandum. Warna merah tersebutdikendalikan oleh pasangan alel dominan resesif yang terdapatpada dua gen yang berbeda lokus. Warna merah akan munculapabila terdapat alel dominan di salah satu atau kedua lokus.Misalnya, pasangan alel penghasil warna merah pada gambaradalah M1 dan m1, sedangkan pada lokus lain juga terdapatpasangan alel M2 dan m2. Jika gandum berkulit merah(homozigot dominan) disilangkan dengan gandum berkulitputih (homozigot resesif), maka akan menghasilkan fenotipgandum berkulit merah semua. Bila F1 disilangkan sesamanya,akan dihasilkan gandum berkulit merah : berkulit putih = 15 : 1.
2. Polimeri
Tetua (P) : M1M1M2M2 >< m1m1m2m2
(merah) (putih)
Gamet : M1M2 , m1m2
F1 : M1m1 M2m2
Gamet : M1M2, M1m2, m1M2, m1m2
Kemungkinan persilangan:
Tabel 5.4. Kemungkinan Persilangan Dua Sifat Beda
M1M2
M1M1M2M2
merah
M1M1M2m2
merah
M1m1M2M2
merah
M1m1M2m2
merah
M1m2
M1M1M2m2
merah
M1M1m2m2
merah
M1m1M2m2
merah
M1m1m2m2
merah
m1M2
M1m1M2M2
merah
M1m1M2m2
merah
m1m1M2M2
merah
m1m1M2m2
merah
m1m2
M1m1M2m2
merah
M1m1m2m2
merah
m1m1M2m2
merah
m1m1m2m2
putih
M1M2
M1m2
m1M2
m1m2
c) Fenotip warna bunga putih tidak memiliki pigmenantosianin dengan genotip aabb.
Dari tabel persilangan di atas dapat disimpulkan bahwadua pasang alel yang berlainan mempengaruhi sifat yang sama,yaitu warna bunga. Pengaruh gen-gen yang mengendalikanwarna merah (M1 dan M2) bersifat kumulatif, artinya makinbanyak jumlah gen, pengaruhnya makin jelas.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
8 2
Epistasis dan hipostasis merupakan interaksi yangberlangsung pada fenotip yang dihasilkan oleh dua gen. Keduagen bekerja menghasilkan fenotip yang berbeda, tetapi fenotipdari salah satu gen yang dominan dapat menutupi penam-pakan dari fenotip yang dihasilkan oleh gen dominan yang lainapabila kedua gen hadir bersama. Gen dominan yang menutupigen dominan yang lain disebut epistasis, sedangkan gen yangtertutupi disebut hipostatis. Contoh peristiwa epistasis danhipostasis pada tumbuhan adalah pada warna sekam gandum.Terdapat tiga warna sekam gandum, yaitu hitam, kuning, danputih. Pigmen hitam dan pigmen kuning dibentuk oleh duagen yang berbeda yang masing-masing dikendalikan olehsepasang alel dengan hubungan dominan resesif. Misalnya,pigmen kuning dikendalikan oleh alel K dan k, dan pigmenhitam dikendalikan oleh alel H dan h. Jika gandum biji hitamdominan homozigot dikawinkan dengan gandum biji kuningdominan homozigot, maka hasil F1 adalah 100% gandumberkulit hitam. Sedangkan, pada F2 dihasilkan gandum bijihitam : biji kuning : biji putih = 12 : 3 : 1.
3. Epistasis dan Hipostasis
Induk : HHkk × hhKK(hitam) (kuning)
Gamet : Hk hK
F1 : HhKk(hitam)
Tabel 5.5. Kemungkinan Kombinasi
HK
HHKKhitam
HHKkhitam
HhKKhitam
HhKkhitam
Hk
HHKkhitam
HHkkhitam
HhKkhitam
Hhkkhitam
hK
HhKKhitam
HhKkhitam
hhKKkuning
hhKkkuning
hk
AaBbhitam
Aabbhitam
hhKkkuning
hhkkputih
HK
Hk
hK
hk
Dari persilangan di atas dapat diketahui bahwa semuakombinasi yang mengandung faktor H, fenotipnya adalahhitam. Kombinasi yang mengandung faktor K tanpa faktor Hmenampakkan warna kuning. Sedangkan, kombinasi duafaktor resesif, yaitu genotip hhkk berfenotip putih.
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
8 3
Pautan, PindahSilang, dan Gagal
Berpisah
DPada proses meiosis I, saat kromosom bermigrasi ke kutub
yang berlawanan, gen-gen yang terletak pada kromosom yangsama akan berpautan dan bergerak bersama-sama ke arah kutubyang sama pula. Pautan antarlokus ini terjadi akibat lokus gen-gen terletak pada satu kromosom dan berjarak dekat antarasatu dengan yang lainnya. Jumlah pautan ini sesuai denganjumlah pasangan kromosom dan panjangnya kromosom. Gen-gen yang berhimpit dan berdekatan lokusnya cenderungberpautan.
Penyimpangan terhadap Hukum Perpaduan Bebas dapatdisebabkan karena keterpautan antarlokus. Hal ini berartisegregasi alel pada suatu lokus berpengaruh terhadap segregasialel pada lokus yang lain.
Jika 4 alela terletak pada pasangan kromosom yang sama.Fenotip tetua: abu-abu, sayap panjang >< hitam, sayap pendek
1. Pautan
Genotip : G g g g• • • •
><• • • •
L l l l
Gamet : G g g• • •
• • •L , l l
Fertilisasi acak G g g gGenotip keturunan • • • •(2n) ><
• • • •L l l l
Fenotip keturunan : 1 abu-abu : 1 hitamsayap panjang sayap pendek
Diagram 5.1Fertilisasi tanpa pindahsilang
Pindah silang adalah pertukaran segmen antara duakromosom homolog. Peristiwa ini berlangsung pada saatkromosom homolog berpasangan dalam profase I meiosis, yaitupada saat pakiten. Pakiten merupakan saat seluruh bagiankromosom berpasangan pada jarak yang paling dekat. Titikkontak dari kromosom-kromosom yang bersentuhan dinamakankiasma. Pindah silang akan menghasilkan kromosom rekombinanyang merupakan hasil penyeberangan fragmen-fragmenkromosom ke kromosom homolog tetangganya. Pautan gendapat dipisahkan oleh peristiwa pindah silang pada semua titiksepanjang kromosom.
2. Pindah Silang
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
8 4
Frekuensi Rekombinasi (FR) =
––––––––––––––––––––––––––– × 100 %
= –––––––––––––––––––––– × 100 %
= ––––– × 100 %
= 17 %
Genotip (2n) G g g g• • • •
><• • • •
L l l l
Meiosis dengan :pindah silang G G g g
• • • •kromatid
• • • •L L l l
kromatid yangmengalami pindah silang
Gamet : G G g g g• • • • •
><• • • • •
L , l , L , l , l
Genotip keturunan :G g G g g g g g
• • • • • • • •
• • • • • • • •L l , l l , L l , l l
genotip rekombinangenotip keseluruhan
Dalam suatu eksperimen diperoleh keturunan sebagai berikut.
Fenotip tetua berbadan abu-abu sayap panjang : 965berbadan hitam sayap pendek : 944
Fenotip rekombinan berbadan hitam sayap panjang : 206berbadan abu-abu sayap pendek : 185
Diagram 5.2Fertilisasi didahului peristiwapindah silang
Kemungkinan pindah silang dan rekombinasi kromosomberbanding lurus dengan jarak antara dua gen yang terpisah.Misalnya jarak antara gen O dan P tiga kali lipat jarak antaragen R dan S. Hal ini berarti, pemisahan pautan antara gen Odan P melalui pindah silang tiga kali lebih besar daripada pindahsilang antara gen R dan S. Jadi semakin jauh jarak antargenyang memperbesar kemungkinan pindah silang. Frekuensipindah silang dapat dihitung sebagai berikut:
3912300
Jumlah keturunan rekombinanseluruh keturunan
(206 + 185)(965 + 944) + (206 + 185)
Diskusikan dengan temansekelompokmu.Apa perbedaan antarapautan dan pindah silangdilihat dari segi frekuensidan proses kejadiannya?
Jika terjadi pindah silang.
Fenotip tetua: abu-abu sayap panjang >< hitam sayap pendek
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
8 5
Pada saat pembentukan gamet (pembelahan meiosis),kromosom dapat mengalami gagal berpisah sehingga jumlahkromosom menjadi berubah. Kromosom dapat gagal berpisahdengan kromosom homolognya pada saat meiosis I. Selain itu,kromatid dalam satu kromosom juga dapat gagal berpisah padasaat meiosis II. Perbedaan kedua peristiwa gagal berpisahtersebut dapat digambarkan sebagai berikut.
3. Gagal Berpisah
Gagal berpisah dapat mengakibatkan gamet atau individuyang baru lahir mempunyai kelainan jumlah kromosom.Contoh akibat gagal berpisah adalah aneuploidi dan poliploidi.Aneuploidi adalah individu yang memiliki kekurangan ataukelebihan satu kromosom dari kromosom tetuanya. Aneuploidimengakibatkan perubahan fenotip pada individu, misalnyaindividu yang mempunyai kromosom monosomi (2n – 1) atautrisomi (2n + 1). Sedangkan, poliploidi adalah individu yangmempunyai kelipatan jumlah kromosom tetuanya. Poliploidimisalnya gamet diploid bertemu dengan gamet haploid menjaditriploid (3n), atau dua gamet diploid bersatu membentukindividu tetraploid.
Gambar 5.4Gagal berpisah
Gagal berpisahpada meiosis I
Gagal berpisahpada meiosis II
Meiosis Inormal
Gamet
Jumlah kromosom
Gamet
Jumlah kromosom
Meiosis IInormal
Diskusikan dengan temansekelompokmu.Apa perbedaan peristiwagagal berpisah padameiosis I dan meiosis II?Apa akibat yang ditimbul-kan gagal berpisah padaindividu yang mengalami-nya?
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Penentuan JenisKelamin
EHampir semua makhluk hidup mempunyai pemisahanjenis seks jantan atau betina yang berarti satu organisme hanyamembawa satu jenis organ seks. Jenis kelamin makhluk hidupditentukan oleh kromosom seks, tingkat ploidi, dan lingkungan.Mari cermati uraian berikut ini.
Pada hewan tingkat tinggi terdapat dua sistem penentuanjenis seks dengan kromosom, yaitu heterogametik jantan danheterogametik betina. Heterogametik ialah dalam satu individuterdapat dua jenis kromosom seks yang berbeda. Sedangkan,homogametik berarti suatu individu mempunyai dua kromosomseks yang sama. Pada sistem heterogametik jantan, kromosom
1. Kromosom Seks
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
8 6
Pada insekta ordo Hymenoptera termasuk di dalamnyalebah dan semut. Perbedaan jantan dan betina ditentukan olehperbedaan tingkat ploidi. Lebah jantan memiliki jumlahkromosom haploid, sedangkan yang betina diploid. Lebahbetina berasal dari sel telur yang dibuahi, sedangkan sel teluryang tidak dibuahi akan berkembang menjadi lebah jantan.Lebah jantan membentuk gamet melalui proses mitosis,sedangkan yang betina melalui meiosis.
2. Tingkat Ploidi
Semua organisme mempunyai gen yang diperlukan untukmembentuk sistem reproduksi jantan maupun betina. Salah satucontoh tentang keluwesan perkembangan seks ini terdapat padacacing laut Bonellia viridis. Bonellia betina mempunyai badanseperti kacang dengan proboscis yang ramping panjang sekitarsatu inci. Cacing jantan bertubuh lebih kecil sebesar protozoahidup sebagai parasit pada saluran reproduksi betina. Saatreproduksi, telur yang telah dibuahi dilepas ke air danberkembang menjadi larva yang dapat berenang dengan bebas.Larva-larva berada di sekitar Bonellia dewasa dan dirangsanguntuk menempel pada proboscis betina terdekat. Larva-larvayang bersentuhan dengan proboscis berkembang menjadi cacing
3. Lingkungan
Gambar 5.5sistem penentuan seksberdasarkan kromosom,manusia dan belalang mem-punyai sistem heterogametikjantan dan pada unggasdengan sistem heterogametikbetina
Gambar 5.6Bonellia viridis
Pria
(pria) (wanita)
selsomatik
sperma telur
keturunan(diploid)
seks diberi tanda dengan X dan Y,sedangkan pada heterogametik betinadiberi tanda dengan Z dan W.
Pada homogametik, organisme betinaakan mengandung dua kromosom seksyang sama, yaitu XX, sedangkan individujantan akan membawa dua kromosomyang berbeda, yaitu XY atau hanya satukromosom X (XO). Organisme betina yangmempunyai kromosom XX, misalnyamanusia, belalang, dan Drosophilamelanogaster. Contoh organisme yangmempunyai jantan XY adalah Drosophilamelanogaster dan manusia, sedangkanbelalang jantan adalah XO.
Golongan hewan unggas, ngengatdan kupu-kupu memiliki sistemheterogametik betina, yaitu betinaberkromosom ZW. Sedangkan, jantanmemiliki kromosom ZZ.
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
idS
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
8 7
Pautan SeksFAda suatu sifat individu yang khas dan hanya dimiliki oleh
betina saja atau jantan saja. Hal ini terjadi karena gen-genterpaut pada kromosom seks X atau Y. Peristiwa ini dinamakanpautan seks. Pautan seks menunjukkan adanya pewarisan sifatoleh gen yang terdapat pada kromosom seks. Mari cermatiuraian berikut ini:
Morgan (1910) menunjukkan dengan jelas keterkaitan genpengendali warna mata pada lalat buah (Drosophilamelanogaster) dengan segregasi kromosom seks. Padapembastaran lalat jantan bermata putih dengan lalat betinabermata merah, pada keturunan F1 semua bermata merah. Jadi,sifat mata putih bersifat resesif karena tidak muncul pada F1.Ketika dibastarkan F1 dengan sesamanya, warna mata putihtidak ada pada betina, tetapi hanya pada jantan. Dari hasil ini,Morgan menyimpulkan bahwa alel pengendali warna merahdominan terhadap alel warna putih dan alel-alel tersebut hanyaterdapat pada kromosom X, tidak ada pada kromosom Y.
1. Warna Mata pada Drosophila melanogaster
Fenotip Tetua : betina mata merah >< jantan mata putih
Genotip Tetua : XMXM >< XmY
Meiosis
Gamet : XM , Xm , y
Fertilisasi
Genotip F1 : XMXm dan XmY
Fenotip : ( mata merah) ( mata merah)
Gamet : XM, Xm, >< Xm, Y
Fertilisasi
Genotip F2 : XMXM XMY XMXm XmY
Fenotip : merah, merah, merah, putih
Diagram 5.3Pautan seks sifat warna matapada lalat buah
jantan dan kemudian bergerak masuk ke dalam uterus betina.Sedangkan, larva-larva yang lain akan membenamkan diridalam pasir dan berkembang menjadi cacing betina dewasa.
Hemofilia merupakan penyakit terpaut seks yang munculdalam keadaan resesif. Orang yang menderita hemofilia tidakdapat membentuk faktor pembeku darah. Gen pengontrolfaktor pembeku darah ada pada kromosom X dan dalam bentukdua alel yaitu XH (dominan) dan Xh (resesif). Kemungkinangenotip dan fenotip adalah sebagai berikut:
2. Hemofilia
Coba kamu cari informasidi literatur tentangpenyakit hemofili.Diskusikan dengan gurudan teman.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
8 8
Fenotip Tetua : Wanita normal >< Pria normal (pembawa sifat)
Genotip Tetua (2n) : XHXh >< XHY
Meiosis
Gamet (n) : XH,Xh >< XHY
Genotip keturunan (2n) :
Fenotip keturunan : wanitanormal
prianormal
wanitanormalpembawa sifat
priahemofilia
XHXH XHY XHXh XhY
Gen LetalG Gen yang dapat menimbulkan kematian suatu individu
disebut gen letal. Kematian dapat terjadi baik pada awalperkembangan individu, embrio, setelah lahir, atau menjelangdewasa. Gen letal dibedakan menjadi dua, yaitu letal dominandan letal resesif. Untuk lebih mengetahui, mari cermati uraianberikut ini.
Pada letal dominan, individu akan matiapabila memiliki gen homozigot dominan.Contoh gen letal terdapat pada gen yangmenyebabkan tikus berambut kuning homozigotdominan (KK) mati sebelum lahir. Kematiansebelum lahir akan mengubah perbandinganjumlah fenotip keturunan.
Jika tikus berambut kuning heterozigot (Kk)dikawinkan dengan tikus kuning heterozigotpula, maka akan menghasilkan keturunan lebihsedikit atau 25% lebih kecil dari jumlahketurunan berambut kuning dengan berambuttidak kuning. Diagram persilangannya dapatdigambarkan sebagai berikut
1. Letal Dominan
Genotip Fenotip
XHXH Wanita normal
XHXh Wanita normal pembawa sifat
XHY Pria normal
XhY Pria hemofili
Semua wanita yang bergenotip heterozigot adalahpembawa sifat. Jika wanita tersebut menikah dengan prianormal, maka ada kemungkinan anak laki-laki dariketurunannya menderita hemofilia. Hal ini dapat digambarkansebagai berikut:
Diagram 5.4Perkawinan antara wanitanormal dengan pria carrier
Gambar 5.7Gen letal pada tikus beram-but kuning
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
8 9
Pada letal resesif, individu akan mati jika mempunyai genhomozigot resesif, contohnya tumbuhan albino dan ekor pendekmencit. Tumbuhan albino tidak mempunyai klorofil. Misalnya,klorofil dikendalikan oleh gen A, maka tumbuhan berklorofilmemiliki gen AA, sedangkan tumbuhan albino memiliki gen aa.Tumbuhan albino muncul dari persilangan heterozigot Aadengan Aa. Untuk lebih memahami, mari cermati diagram dibawah ini.
Fenotip Tetua : Berambut kuning >< Berambut kuning
Genotip (2n) : Kk >< Kk
Meiosis
Gamet (n) : K, k >< K, k
Fertilisasi acak :
Genotip keturunan : KK Kk, Kk kk1 berambut kuning 2 berambut kuning 1 berambut tidak kuningmati sebelum lahir hidup hidup
2. Letal Resesif
Induk : Aa >< Aa(karier) (karier)
Gamet (n) : A, a >< A, a
keturunan : 1 AA : 2 Aa : 1 aanormal karier albino, mati
Hereditas padaManusia
HSifat-sifat manusia diturunkan kepada keturunannyamengikuti pola pewarisan tertentu. Hal ini dapat dipelajaridengan menggunakan peta silsilah keluarga. Sifat-sifat yangdapat diwariskan dari tetua kepada keturunannya, misalnyacacat (abnormalitas).
Pada umumnya, cacat atau penyakit menurun secaragenetik bersifat relatif, sehingga muncul apabila genotipnyadalam keadaan homozigot. Cacat atau penyakit menurun initidak akan terjadi jika individu memiliki genotip heterozigot,karena gen yang membawanya tertutupi oleh gen pasangannyadominan. Cacat atau penyakit menurun tidak dapat
1. Cacat dan Penyakit Menurun
Diagram 5.5Gen letal dominan pada tikusberambut kuning
Pada manusia terdapat gen letal, misalnya pada penderitasicklemia (eritrosit berbentuk bulan sabit) dan talasemia (eritrositberbentuk lonjong, ukurannya kecil, dan jumlahnya lebihbanyak).
Diagram 5.6Gen letal resesif padatumbuhan albino
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
9 0
Diskusikan denganteman sekelompokmu.Penyakit apa sajakahyang diturunkan secaragenetik? Dapatkahpenyakit tersebutdisembuhkan?
Beberapa contoh penyakit keturunan adalah gangguanmental, cacat buta warna, dan albino. Untuk lebih mengetahuitentang penyakit turunan tersebut. Mari cermati uraian berikutini.
a. Gangguan mental
Gangguan mental karena keturunan bermacam-macamjenis dan penyebabnya. Salah satu contohnya adalahfenilketonia (FKU) yang disebabkan oleh kegagalan tubuhmensintensis enzim yang mengubah fenilalanin menjaditiroksin.
Di dalam darah penderita mengandung senyawa yangtinggi. Kandungan senyawa dari fenilalanin ini adalah asamfenilpiruvat yang dapat merusak sistem saraf sehinggamenimbulkan gangguan mental.
Kelainan mental ini dikendalikan oleh gen yang mengaturpembentukan protein enzim. Penderita memiliki pasangan alelgen-gen relatif homozigot yang diwariskan oleh kedua orangtua heterozigot yang penampakannya normal. Misalnya, alelrelatif yang bertanggung jawab terhadap cacat ini, dilambang-kan dengan a, dan alel dominan pasangannya A, makapersilangannya sebagai berikut:
Gambar 5.8Penyembuhan penyakitturunan dengan rekayasagenetika
Sel diambil dari pasien Di laboratorium, virusyang telah diubahsehingga tidak dapatbereproduksi
Sel yang telah diubahsecara genetik dapatmenghasilkan protein atauhormon
Sel yang telah diubahdimasukkan ke tubuhpasien
Sel dari pasien menjadiberubah secara genetik
virus yang telah diubahdigabung dengan selpasien
Gen dimasukkanke dalam virus
disembuhkan atau ditularkan karena kelainan ada pada bagiansubstansi hereditas yang disebut gen. Walaupun gangguangenetik ini tidak dapat disembuhkan, tetapi dalam beberapahal konsekuensi fenotipnya dapat dibatasi. Tindakanpenyembuhan dapat dilakukan dengan diet, penyesuaianlingkungan, pembedahan, kemoterapi, maupun rekayasagenetika.
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
9 1
Parental : Aa >< Aa
Genotip : A,a A,a
Keturunan : AA , Aa , Aa , aaNormal pembawa sifat gangguan mental
Fenotif : Penampakan norma : gangguan metal
3 : 1
b. Cacat buta warna
Cacat buta warna bermacam-macam, yaitu buta warnatotal dan buta warna sebagian. Penderita buta warna tidakdapat melihat warna tertentu, misalnya warna hijau, merahatau semua warna kecuali hitam putih. Yang paling umumadalah buta warna merah-hijau. Penderita buta warna ini tidakdapat membedakan warna merah dan hijau. Untuk mengetahuiseseorang menderita buta warna merah-hijau atau tidak dapatmenggunakan kartu uji penglihatan ishihara. Mari perhatikanGambar 5.9.
Cacat ini diturunkan oleh kedua orang tuanya yangnormal. Faktor gen buta warna terpaut pada kromosom sex X.Apabila dalam pasangan alel dengan kromosom X yang normal,maka cacat buta warna tidak akan terjadi, tetapi bilaberpasangan dengan kromosom y, maka laki-laki akanmenderita buta warna. Contoh persilangannya sebagai berikut.
Gambar 5.10Pewarisan cacat buta warnadari orang tua normal
Jadi, perkawinan antara wanita karier dengan laki-lakinormal menghasilkan keturunan wanita dan laki-laki normal150%, wanita karier 25%, dan laki-laki buta warna 25%.
c. Albino
Orang albino memiliki rambut, mata, bulu mata, dan kulitberwarna putih. Hal ini disebabkan karena penderita albinotidak memiliki pigmen warna melanin. Warna melanin ada
Diagram 5.7Perkawinan antara wanitadan pria yang normalheterozigot
Gambar 5.9Kartu uji penglihatan ishihara
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
9 2
yang hitam, cokelat, kuning atau putih. Penderita albino tidakmemiliki pigmen ini karena tidak dapat menghasilkan enzimpembentuk melanin.
Gen albino bersifat resesif dan terletak pada autosom(kromosom tubuh) sehingga baik laki-laki maupun perempuandapat menderita albino. Seseorang menderita albino jika gennyadalam keadaan homozigot resesif. Jadi, sifat tersebut di perolehdari orang tuanya yang menderita albino atau karier.
Contoh persilangannya adalah sebagai berikut:
Mengapa penderita albinorentan terhadap kankerkulit dan tidak tahan sinarmatahari? Adakah hubu-ngannya dengan melanin?Diskusikan dengan temansebangkumu.
Golongan darah dapat diwariskan dari orang tua kepadaturunannya. Golongan darah pada manusia dapat dibedakanmenjadi 3 golongan, yaitu golongan darah ABO, golongandarah MN, dan Rhesus.
a. Golongan darah ABO
Golongan darah manusia dapat ditentukan berdasarkanada atau tidak adanya antigen (aglutinogen) dan antibodi(aglutinin). Untuk mengetahui golongan darah manusia, maricermati Tabel 5.6 dan 5.7 di bawah ini.Tabel 5.6 Golongan Darah Manusia
2. Pewarisan Golongan Darah pada Manusia
Gol darah
A
B
AB
O
Aglutinogen
A
B
AB
–
Aglutinin
βα–
α . β
Gen penentu golongan darah terletak pada kromosomautosom dan diberi simbol I (Isohemaglutinogen) sehingga alel-alelnya disimbolkan, IA menghasilkan antigen A, IB
menghasilkan antigen B, dan IO yang tidak menghasilkanantigen.
Parental : Mm >< mm
Gamet : M,m m
Keturunan : Mm , mmpembawa sifat albino
Fenotif : Penampakan norma : albino
1 : 1
Parental : Mm >< Mm
Gamet : M,m Mm
Keturunan : Mm , Mm , Mm , mmNormal pembawa sifat albino
Fenotif : Penampakan norma : albino
3 : 1
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
9 3
Diskusikan denganteman sebangkumu. jikaseorang wanitabergolongan darah ABmenikah dengan laki-lakiyang memiliki golongandarah A heterozigot. Apakemungkinan golongandarah keturunannya?
Dari tabel di atas dapat diketahui bahwa golongan darahdapat bergenotip homozigot atau heterozigot. Contohnya,orang yang bergolongan darah A heterozigot menikah dengangolongan darah B heterozigot. Persilangannya dapatdigambarkan sebagai berikut:
Tetua: Ibu golongan darah A heterozigot >< Ayah golongan
darah B heterozigot
Genotip heterozigot : IAIO >< IBIO
Kemungkinan : IAIB, IBIO, IOIO, IAIO
Fenotip golongan darah : AB B O A
Kesimpulan : semua golongan dapat muncul.
Jika seseorang mempunyai genotip IAIO, maka padamembran sel darah merah akan muncul aglutinogen A,sementara plasma darahnya mengandung aglutinin β. Darahakan menggumpal jika orang yang mempunyai anti B diberigolongan yang mengandung aglutinogen (antigen) B. Golongandarah O dapat diberikan kepada semua golongan darah, karenadarahnya tidak mengandung antigen A ataupun B yang dapatmenggumpalkan darah penerimanya. Sedangkan, golongandarah AB, dapat menerima darah dari golongan darah A, B,AB, atau O karena di dalam darahnya tidak terdapat aglutininanti A maupun anti B. Dengan demikian, golongan darah Odisebut donor universal, sedangkan golongan darah AB disebutresipien universal.
b. Golongan darah MN
Penggolongan darah MN didasarkan pada ada tidaknyaantigen dalam sel darah merah seseorang. Apabila seseorangbergolongan darah M, artinya di dalam darahnya mengandungantigen M, sedangkan orang yang di dalam sel darah merahnyamengandung antigen N, maka orang tersebut bergolongandarah N. Jadi, orang yang bergolongan darah MN dalam seldarah merahnya mengandung antigen M dan N sehingga orangtersebut bergolongan darah MN.
Tabel 5. 7 Genotipe Golongan Darah
Genotip Fenotip Golongan
IAIA
IAIO
IBIB
IBIO
IAIB
IOIO
A
A
B
B
AB
O
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
9 4
Pengelompokan golongan darah MN tidak terikat padagolongan darah ABO. Dengan demikian, orang yang bergo-longan darah M, N, atau MN terdapat sama banyak padagolongan darah A, B, AB, atau O.
Menurut para ahli, golongan darah MN ditentukan olehgen yang mengandung dua alel. Satu alel menentukan faktorM dan yang lainnya menentukan faktor N. Jadi, orang yangbergenotip MM akan bergolongan darah M, golongan darah Nmempunyai genotip NN, sedangkan golongan darah MNberarti mempunyai genotip MN.
Berikut ini digambarkan contoh perkawinan individu-individu menurut golongan darah MN. Mari cermati.
M
N
N
MN
(1/4)
NN
(1/4)
M
MM
(1/4)
MN
(1/4)
N
MN
(1/2)
NN
(1/2)
M
MM
(1/2)
MN
(1/2)
M
N
M
N
PerkawinanMN >< MNM, N, M, N
PerkawinanMN >< NM, N, N
PerkawinanMN >< M
Gamet M, N, M
Jadi, menurut diagram di atas, jika orang yang bergolongandarah N menikah dengan orang yang bergolongan darah M,maka akan menghasilkan keturunan 100% golongan darahMN. Sedangkan, orang yang bergolongan darah MNdikawinkan dengan orang yang bergolongan daran N atau M,maka akan menghasilkan keturunan 50% golongan darahmndan 50% golongan darah N atau M.
Serum (antibodi) manusia tidak mereaksi antigen M danN sehingga tidak menimbulkan penggumpalan darah. AntibodiM dan N dapat dibuat dengan menyuntikkan darah manusiake tubuh kelinci.
c. Golongan darah Rhesus
Pada golongan darah rhesus ditentukan oleh ada tidaknyafaktor rhesus (antigen Rh) pada sel darah seseorang. Golongandarah rhesus ini pertama kali ditemukan dalam darah kera(Rhesus macacus). Seseorang yang mengandung antigen Rhpada eritrositnya disebut Rh+ (Rhesus positif), sedangkan yangtidak mempunyai antigen rhesus disebut Rh– (Rhesus negatif).
Seseorang yang mengandung antigen rhesus pada darahmerahnya (Rh+) tidak dapat membentuk antibodi yangmelawan antigen Rh–. Antibodi terhadap rhesus akan terbentuk
Diagram 5.10Perkawinan antara individuberdasarkan golongan darahMN
Apa yang dimaksud denganeritroblastosis fetalis?Sebutkan ciri-cirinya.Diskusikan dengan temansebangkumu.
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
9 5
MUTASIIMutasi adalah suatu perubahan yang terjadi pada bahan
genetik yang menyebabkan perubahan ekspresinya. Perubahanbahan genetik dapat terjadi pada tingkat pasangan basa, tingkatsatu ruas DNA, bahkan pada tingkat kromosom. Peristiwaterjadinya mutasi disebut mutagenesis. Sedangkan, individuyang mengalami mutasi sehingga menghasilkan fenotip barudisebut mutan. Faktor yang menyebabkan mutasi disebutmutagen. Untuk lebih mengetahui tentang mutasi, mari cermatiuraian di bawah ini.
Mutasi gen atau mutasi titik adalah mutasi yang terjadikarena perubahan pada satu pasang basa DNA suatu gen.Perubahan DNA menyebabkan perubahan kodon-kodon RNAd, yang akhirnya menyebabkan perubahan asam amino tertentupada protein yang dibentuk. Perubahan protein atau enzimakan menyebabkan perubahan metabolisme dan fenotiporganisme. Besar kecilnya jumlah asam amino yang berubahakan menentukan besar kecilnya perubahan fenotip padaorganisme tersebut. Ada dua mekanisme mutasi gen, yaitusubtitusi pasangan basa dan penambahan atau penguranganpasangan basa.
a. Subtitusi pasangan basa
Subtitusi pasangan basa ialah pergantian satu pasangnukleotida oleh pasangan nukleotida lainnya. Subtitusipasangan basa ada dua macam, yaitu transisi dan tranversi.Transisi adalah penggantian satu basa purin oleh basa purinyang lain, atau penggantian basa pirimidin menjadi basapirimidin yang lain. Transisi sesama basa purin, misalnya basa
1. Mutasi Gen (Mutasi Titik)
Gambar 5.9Kebocoran sel-sel Rh+ dariplasenta
pada orang yang bergolongan darah (Rh–). Jadi, jika orangbergolongan darah Rh– diberi transfusi darah dari orangbergolongan darah Rh+, maka pada darah penerima tersebutakan membentuk antibodi yang melawan antigen rhesus.
Contoh lainnya adalah pada ibu yang bergolongan darahRh– mengandung bayi mengandung bayi yang bergolongandarah Rh+. Di dalam tubuh ibu akan membentuk antibodi (antiRh+) yang melawan darah bayi yang mengandung antigen Rh+.Anak pertama biasanya selamat. Tetapi, jika ibu mengandunganak kedua yang bergolongan darah Rh– kembali, makaantibodi yang sudah terbentuk dalam tubuh ibu akanmenggumpalkan darah bayinya sehingga bayinya mengalamieritroblastosis fetalis.
ButirdarahmerahRh+
AntibodiRh
Penghancuransel darah
merah janin
Ibu Rh–
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
9 6
adenin diganti menjadi basa guanin atau sebaliknya.Sedangkan, transisi sesama basa pirimidin, misalnya basa timindiganti oleh basa sitosin atau sebaliknya.
Tranversi adalah penggantian basa purin oleh basapirimidin, atau basa pirimidin oleh basa purin. Tranversi basapurin oleh basa pirimidin, misalnya basa adenin atau guanindiganti menjadi basa timin atau sitosin. Tranversi basa pirimidinoleh basa purin, misalnya basa timin atau sitosin menjadi basaadenin atau guanin.
Subtitusi pasangan basa ini kadang-kadang tidakmenyebabkan perubahan protein, karena adanya kodonsinonim (kodon yang terdiri atas tiga urutan basa yang berbeda,tetapi menghasilkan asam amino yang sama). Misalnya, basanitrogen pada DNA adalah CGC menjadi CGA sehingga terjadiperubahan kodon pada RNA-d dari GCG menjadi GCU.Sedangkan, asam amino yang dipanggil sama, yaitu arginin.
b. Penambahan atau pengurangan pasangan basa
Mutasi gen yang lain adalah perubahan jumlah basa akibatpenambahan atau pengurangan basa. Penambahan ataupengurangan basa pada DNA dapat menyebabkan perubahansederetan kodon RNA-d yang terdapat di belakang titikperubahan tersebut, berarti juga akan terjadi perubahan asamamino yang disandikan melalui RNA-d tersebut. Akibat laindari penambahan atau pengurangan basa adalah terjadinyapergeseran kodon akhir pada RNA-d. Pergeseran kodon akhirmenyebabkan rantai polipeptida mutan menjadi lebih panjangatau lebih pendek. Mutasi ini disebut juga mutasi ubah rangkakarena menyebabkan perubahan ukuran pada DNA maupunpolipeptida.
Mutasi ubah rangka ini dapat dibedakan menjadi dua, yaitupenambahan basa (adisi) dan pengurangan basa (delesi).Mutasi karena penambahan basa, misalnya basa DNA awalnyaAGC-GTC menjadi TAG-CGT-C… . Sedangkan, jika basa DNAtersebut mengalami pengurangan basa maka urutannyamenjadi GCG-TC... . Penambahan atau pengurangan basadapat terjadi di bagian awal, di tengah, atau di akhir.
Selain terjadi pada tingkat gen, mutasi juga dapat terjadipada tingkat kromosom, atau disebut juga aberasi kromosom.Mutasi kromosom ini mengakibatkan perubahan sejumlah basayang berdampingan pada rantai DNA atau perubahanruntunan nukleotida dalam suatu ruas gen sehingga akibat yangditimbulkan pada fenotip individu menjadi lebih nyata.
2. Mutasi Kromosom
Kanker merupakan suatupenyakit yang disebabkanoleh pembelahan sel yangtidak terkendali. Hal inidisebabkan karena sel tersebutmengalami mutasi. Sel kankerakan membelah terusmenerus menjadi sel tumor.Misalnya, tumor ovari (lihatgambar di atas). Sel kankerdisebabkan oleh radiasiionisasi (sinar x, sinar x danpartikel-partikel radioaktif),senyawa kimia, sepertibenzopyrene dan lain-lain.
(Sumber: Encarta, 2005)
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
9 7
Mutasi kromosom dapat dibedakan menjadi dua, yaitumutasi yang diakibatkan oleh perubahan struktur kromosomkarena hilang atau bertambahnya segmen kromosom, danperubahan jumlah kromosom. Mutasi kromosom ini biasanyadiakibatkan oleh kesalahan pada waktu meiosis melaluiperistiwa pautan, pindah silang, atau gagal berpisah.
a. Perubahan struktur kromosom
Perubahan struktur kromosom merupakan penataankembali struktur kromosom akibat terjadinya delesi, duplikasi,inversi, dan translokasi kromosom.
1) Delesi kromosomDelesi adalah mutasi akibat hilangnya dua atau lebih
nukleotida yang berdampingan. Apabila rangkaian basa yanghilang merupakan suatu ruas yang lebih kecil dari panjang gen,maka gen tersebut akan bermutasi, tetapi bila rangkaiannukleotida yang hilang lebih besar dari ruas suatu gen, makagen tersebut akan hilang dari kromosom.
Contoh delesi kromosom terjadi pada kromosom XDrosophila melanogaster yang berukuran lebih pendek. Mutanini bersifat resesif dan letal, dapat hidup hanya dalam bentukheterozigot.
Gambar 5.12Duplikasi kromosom
Gambar 5.11Delesi kromosom
2) Duplikasi kromosomDuplikasi adalah mutasi yang terjadi karena penambahan
ruas kromosom atau gen dengan ruas yang telah adasebelumnya. Sehingga, terjadi pengulangan ruas-ruas DNAdengan runtunan basa yang sama yang mengakibatkankromosom mutan lebih panjang.
Contoh perubahan fenotip akibat prosesduplikasi adalah gen bar pada Drosophilamelanogaster. Penambahan gen pada kromosomlalat buah ini mengakibatkan peningkatan enzimtertentu yang menyebabkan ketidakseimbanganmetabolisme.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
9 8
3) Inversi kromosomInversi adalah penataan kembali struktur kromosom yang
terjadi melalui pemutaran arah suatu ruas kromosom sehinggakromosom mutan mempunyai ruas yang runtunan basanyamerupakan kebalikan dari runtunan basa kromosom liar.Misalnya pada satu ruas kromosom terdapat urutan ruasABCDEF, setelah inversi diperoleh ruas AEDCBF. Jadi, terjadipemutaran ruas BCDE.
Inversi dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu: inversiparasentrik dan inversi perisentrik. Inversi parasentrik, yaitu bilasentromer berada di luar ruas yang terbalik. Dan inversiperisentrik, yaitu bila sentromer terdapat dalam segmen yangberputar.
Gambar 5.14Translokasi kromosom
Gambar 5.13Inversi kromosom
4) Translokasi kromosomTranslokasi adalah mutasi yang terjadi akibat perpindahan
ruas DNA (segmen kromosom) ke tempat yang baru, baik dalamsatu kromosom atau antarkromosom yang berbeda. Bila terjadipertukaran ruas antarkromosom, disebut translokasi resiprok.Sedangkan, translokasi tidak resiprok adalah berpindahnyasegmen kromosom ke kromosom yang lain tanpa pertukaransehingga kromosom menjadi lebih panjang.
b. Perubahan jumlah kromosom
Makhluk hidup dalam satu spesies memiliki jumlahkromosom yang sama, sedangkan pada spesies yang berbedamemiliki jumlah kromosom yang berbeda pula. Jumlahkromosom tersebut dapat berbeda dalam satu spesies karenaterjadi mutasi. Perubahan jumlah kromosom tersebut biasanya
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
9 9
terjadi pada waktu terjadinya meiosis pada saat terjadi pindahsilang atau gagal berpisah.
Ada dua jenis perubahan jumlah kromosom, yaituaneuploidi (penambahan atau pengurangan satu atau beberapakromosom pada satu ploidi) dan euploidi (penambahan ataukehilangan keseluruhan kromosom dalam satu ploidi).
1) AneuploidiOrganisme aneuploidi adalah organisme yang jumlah
kromosomnya terdapat penambahan atau kehilangan satu ataubeberapa kromosom pada genomnya. Yang banyak ditemuiadalah individu dengan penambahan atau pengurangan satukromosom. Dengan penambahan satu kromosom (2n + 1),maka dalam inti akan ada satu nomor kromosomdengan tiga homolog (trisomi), sedangkan nomoryang lainnya tetap mengandung dua kromosom.Kebalikannya, melalui pengurangan satukromosom (2n – 1) akan dihasilkan individumonosomi, yaitu yang mengandung hanya satukromosom tanpa pasangan homolognya.
Aneuploidi terbentuk karena adanya ketidakseimbangansegregasi kromosom dalam proses meiosis. Kegagalan segregasiyang terjadi pada meiosis I apabila dua kromosom homologbergerak ke kutub yang sama sehingga menghasilkan dua seldengan dua kromosom dan dua sel tanpa kromosom.Sedangkan, pada meiosis II, dua kromosom bersaudara padasatu kromatid tidak berpisah menuju kutub yang berbedasehingga menghasilkan dua sel normal, satu sel dengan duakromosom, dan satu sel tanpa kromosom.
Pada manusia terdapat berbagai kasus trisomi ataumonosomi baik pada autosom atau kromosom seks yangmenyebabkan munculnya berbagai sindrom kelainan fisik danmental. Pada Tabel 5.8 diperlihatkan berbagai aneuploidi padamanusia dengan sindrom penyakit yang ditimbulkannya.Tabel 5.8 Kelainan kromosom
Gambar 5.15Aneuploidi dengan penamba-han satu kromosom (2n + 1)
Sel telur
n + 1
Zigot2n + 1
Selsperma
Kelainan Kromosom
Trisomi 21Trisomi 18Trisomi 1347, XXX47, XXY47, XYY45, XO
Sindrom
Sindrom downSindrom edwardSindrom patauSindrom tripel XSindrom klineflter–Sindrom turner
Carilah di buku referensibiologi, tentang ciri-cirisindrom pada Tabel 5.8.Kemudian, diskusikanhasilnya dengan guru danteman.
Gambar 5.16Sindrom down
n (normal)
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
idS
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
100
2) Euploidi
Euploidi ialah perubahan jumlah kromosom pada tingkatploidi atau genom sehingga jumlah kromosom merupakankelipatan jumlah kromosom pada satu genom. Misalnya adalahjumlah kromosom pada sel adalah haploid, maka euploidi yangmungkin muncul adalah kromosom yang berjumlahn (monoploid), 2n (diploid), 3n (triploid), 4n (tetraploid), danseterusnya.
Keragaman tingkat ploidi banyak ditemukan padatumbuhan yang berhubungan dengan evolusi spesies-spesies.Pada hewan dikenal adanya tingkat ploidi yang berhubungandengan penentuan jenis seks. Contohnya, lebah maduberkromosom monoploid, sedangkan yang betina diploid.
Jika makhluk diploid dianggap sebagai makhluk normal,dan sebagian besar merupakan organisme eukariot, makaeuploid lain merupakan hasil mutasi diploid. Menurut kelipatanjumlah kromosom pada satu genom, dibedakan sebagai berikut:(a) Monoploid (n);(b) Diploid (2n);(c) Poliploidi (3n, 4n, dan seterusnya).
Poliploidi ialah proses peningkatan jumlah ploidi menjadilebih tinggi dari diploid, yaitu triploid, tetraploid, dan seterusnya.Pada tumbuhan ditemukan banyak spesies yang dibedakan olehtingkat ploidi, misalnya kentang, gandum, dan pisang. Terdapatdua kelompok poliploidi, yaitu autopoliploid dan alopoliploid.Autopoliploid ialah penggandaan ploidi dengan penggabungangenom-genom yang sama. Sedangkan, alopoliploid ialahpenggandaan kromosom melalui penggabungan genom-genomyang berbeda.
c. Faktor penyebab mutasi
Perubahan bahan genetik, baik mutasi tingkat gen maupunmutasi kromosom dapat terjadi secara alami atau buatan. Maricermati uraian berikut ini.
1) Mutasi alamiMutasi alami dapat terjadi akibat kesalahan secara acak
yang berlangsung dalam proses replikasi, saat pembelahan sel,atau karena adanya unsur dalam material genetik yang dapatberubah secara acak.
Mutasi terjadi secara lambat, kemungkinan terjadinyamutasi di alam, kira-kira satu di antara satu juta sampai satumilyar kejadian. Faktor luar yang secara alami merangsangterjadinya mutasi adalah sinar-sinar kosmis dari luar angkasa,sinar radioaktif yang terdapat di alam, dan sinar ultraviolet.
Mengapa lebah jantanmemiliki kromosommonoploid, sedangkanbetina diploid?Diskusikan dengan temansebangkumu.
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
101
Mutasi yang terjadi secara alami ini biasanya bersifatmerugikan bagi makhluk hidup yang mengalaminya dan seringtidak mampu bertahan hidup karena tidak mampumenyesuaikan diri dengan lingkungannya. Tetapi, jika adayang dapat bertahan hidup dan mewariskan sifat-sifat barunyakepada keturunannya, maka keturunan tersebut menjadivarietas baru. Individu baru ini, dapat menjadi spesies barudalam beberapa ratusan generasi. Spesies baru yang terbentukakibat adanya mutasi secara alami ini merupakan salah satumekanisme evolusi biologi.
2) Mutasi buatanPeristiwa mutasi alami terjadi sangat lambat. Oleh karena
itu, manusia melakukan perubahan materi genetik yangsengaja dibuat untuk kepentingannya. Mutagen yang dapatdipakai untuk merangsang mutasi adalah:(a) Bahan fisik, misalnya berbagai gelombang cahaya pada
sinar matahari, seperti ultraviolet, infra merah, dan sinar-sinar radioaktif seperti sinar α, β, dan γ.
(b) Bahan kimia, antara lain etil metan sulfonat (EMS), etiletansulfonat (EES), dan hidroksilamin (HA).
(c) Bahan biologis yang merupakan bahan mutakhirdigunakan ialah elemen loncat.
Selain mutagen di atas, suhu yang tinggi dan virus jugamerupakan mutagen.
Sinar X menyebabkan mutasi kromosom dengan caramemutus kromosom menjadi beberapa bagian. Bagian-bagianini dapat hancur atau bergabung dengan kromosom lain.Peristiwa ini menyebabkan mutasi gen atau mutasi kromosom.Sifat sinar X ini dapat dimanfaatkan untuk mendapatkan mutantumbuhan maupun hewan agar mempunyai sifat yang lebihbaik untuk keuntungan manusia. Hasil mutasi buatan dariradiasi sinar X, antara lain: bibit unggul padi kultivar atomita Idan II, kedelai kultivar Muria, dan tomat kultivar Boutset.
Pemberian bahan kimia kolkisin dapat menghambat kerjamikrotubulus sehingga pemisahan kromatid pada fase anafasetidak terjadi dan mengakibatkan poliploidi. Hal inidimanfaatkan untuk menghasilkan buah tanpa biji, misalnyasemangka.
Gambar 5.17Semangka tanpa biji
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
102
1234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567
Kamu telah mempelajari hereditas dan mutasi. Hal-hal pentingapa sajakah yang harus diketahui dalam mempelajarinya? Catatlahdalam bentuk rangkuman. Kemudian, tukarlah hasil rangkumanmudengan rangkuman teman. Berikan masukan dan saran padarangkuman masing-masing.
Daftar IstilahDaftar Istilah
Autosom = kromosom di luar kromosom seks
Dihibrid = perkawinan dengan memperhatikan dua sifat beda
Aglutinin = substansi yang dapat menggumpalkan sel darah merah
Aglutinogen = antigen sel dalam darah merah yang merangsang pembentukanaglutinin. Dipakai sebagai dasar untuk penggolongan darahmanusia menjadi tipe A, B, AB, dan O.
Dominan = sifat fenotip yang muncul pada F1, sifat yang menang terhadapsifat resesif.
Epistasis = interaksi gen tidak beralel, dengan satu gen menutupi ekspresigen yang lain.
Fenotipe = penampakan sifat sebagai hasil interaksi antara genotip denganlingkungannya.
Genotipe = sifat yang ditentukan oleh gen.
Hemofili = penyakit darah sukar membeku
Heterozigot = genotip yang tersusun atas gen dan alel yang tidak sama, satudominan dan yang lain resesif.
Kiasma = sambungan yang terdapat di antara kromatid-kromatidhomolog, tempat terjadinya proses pertukaran dalam peristiwapindah silang.
Letal = gen penyebab kematian individu.
Monohibrid = perkawinan dengan memperhatikan satu sifat beda.
Mutagen = substansi kimia, biologi atau perlakuan yang dapatmeningkatkan mutasi secara spontan.
Mutan = organisme yang mengalami mutasi sehingga berbeda dari tipelainnya.
Pautan = gen yang terpaut karena terletak pada lokus yang berdekatan.
Pindah silang = peristiwa pindahnya gen dari satu kromosom ke kromosom yanghomolog karena lokusnya berjauhan. Terjadi pada saat meiosis.
Bab 5 Hereditas dan Mutasi
103
1. Aneuploidi merupakan peristiwa ....a. kriptomeri d. gagal berpisahb. pautan e. polimeric. pindah silang
2. Poliploidi artinya ....a. ada pertambahan dua atau satu
kromosom haploidb. memiliki banyak kromosomc. memiliki kelipatan jumlah
kromosomd. memiliki banyak sifat menurune. hanya ada satu kromosom
3. Sifat yang muncul pada pembastaranheterozigot dengan sifat beda yangberdiri sendiri-sendiri tetapi mem-pengaruhi bagian yang sama darisuatu organisme adalah ....a. polimeri d. aneuploidib. kriptomeri e. hipostasisc. poliploidi
4. Pada hasil penelitian diperoleh datasebagai berikut ...Fenotip tetua = 2000Fenotip rekombinan = 1000Harga FR (NP) = ....a. 40% d. 20%b. 15% e. 33,3%c. 25%
5. Perbandingan genotip 15 : 1 dihasil-kan oleh keturunan F2 dari ....a. Persilangan dengan poliploidib. Persilangan kriptomeric. Persilangan dengan dua sifat beda
polimerid. Persilangan dengan tiga sifat bedae. Persilangan satu sifat beda
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat di setiap soal-soal berikut.
6. Jika seorang wanita bergolongandarah A heterozigot kawin denganpria golongan darah B heterozigot,maka kemungkinan golongan darahketurunannya adalah ....a. A : B : AB : O = 1 : 1 : 1 : 1b. tidak akan ada yang Oc. hanya A : B = 1 : 1d. semua ABe. hanya AB : O = 1 : 1
7. Pernyataan yang benar tentang butawarna adalah ....a. faktor buta warna resesif dan
terpaut kromosom Yb. faktor buta warna dominan dan
terpaut kromosom Yc. faktor buta warna resesif dan
terpaut kromosom Xd. faktor buta warna dominan dan
terpaut kromosom Xe. faktor buta warna kodominan dan
terpaut kromosom X
8. Peta silsilah menggambarkan ....a. charta yang untuk melacak
abnormalitas genetik beberapagenerasi
b. charta pewarisan penyakitmenurun
c. charta hubungan genetik individu-individu
d. charta para penderita penyakitmenurun
e. charta hubungan antar individu
9. Penyebab gangguan mental FKUadalah ....a. fenilpiruvat merusak sistem saraf
sehingga individu menderitagangguan mental
M a r i B e r k o m p e t e n s iM a r i B e r k o m p e t e n s i
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
104
b. individu yang homozigot resesifmenimbun fenilalanin dalam urin
c. kedua orang tua yang heterozigotyang penampakannya normal
d. kegagalan tubuh penderita mem-bentuk enzim pengubah fenilalaninmenjadi tirosin
e. kegagalan tubuh penderita mem-bentuk fenilalanin
10. Pernyataan sifat resesif dan dominandi bawah ini benar, kecuali ....a. sifat resesif hanya muncul pada
persilangan dihibridab. sifat resesif hanya muncul dalam
keadaan homozigotc. sifat dominan pasti muncul pada
setiap keturunand. sifat resesif homozigot pasti akan
muncul pada setiap keturunan.e. sifat dominan tidak akan muncul
pada F2
11. Mutasi somatik merupakan mutasi ....a. sebagai akibat gagal berpisahb. terjadi dalam sel gametc. dapat diwariskan kepada generasi
berikutnyad. hanya diwariskan pada anak sel
yang dihasilkan oleh mitosise. sebagai akibat pindah silang
1. Bila diketahui jumlah keturunan rekombinan 425 dan fenotip tetua 1875, berapanilai frekuensi rekombinannya?
2. Peristiwa gagal berpisah dapat terjadi pada saat meiosis 1 maupun meiosis 2.Jelaskan perbedaannya.
3. Jelaskan mengenai penentu jenis kelamin berdasarkan kromosom seks. Tuliskancontoh organisme heterogametik jantan dan heterogametik betina.
4. Apakah yang dimaksud dengan mutasi? Bagaimana mutasi dapat menyebabkanevolusi biologi?
5. Perubahan jumlah kromosom menyebabkan aneuploidi pada manusia. Tuliskanlahempat contoh aneuploidi pada manusia, dan jelaskan.
B. Jawablah soal-soal berikut dengan singkat dan jelas.
12. Perbedaan yang jelas antara mutasigen dan mutasi kromosom adalah ....a. mutasi kromosom berakibat lebih
nyata pada fenotipb. mutasi gen dapat menimbulkan
sifat poliploidic. mutasi gen menimbulkan sifat
aneuploidid. mutasi gen berakibat lebih nyata
pada fenotipe. mutasi kromosom tidak berakibat
nyata pada fenotip
13. Manakah yang tepat dari pernyataandi bawah ini?a. Mutasi terjadi di mana-manab. Mutasi terjadi sewaktu-waktuc. Mutasi hanya terjadi secara alamid. di dalam alam, mutasi terjadi
secara lambat tapi pastie. mutasi alami terjadi secara cepat
14. Pemberian bahan kimia dapat menga-kibatkan ....a. gagal silang d. aneuploidib. poliploidi e. euploidic. pindah silang
15. Mutasi alami yang berlangsunglambat, biasanya disebabkan oleh ....a. sinar x d. sinar laserb. sinar gamma e. bahan radioaktifc. sinar ultraviolet
Bab 6 Asal-Usul Kehidupan
105
BabBab Asal-Usul Kehidupan66Peta Konsep
Teori Big Bang
Teori Kabut
Asal-usul kehidupan
Teori terbentuknya bumi
Teori mengenai asal-usul kehidupan
Teori Biogenesis
Teori Abiogenesis
Teori asal-usulkehidupan lain
Teori Kataklisma
Teori Kreasi Khas
Teori Evolusi Biokimia
Teori Kosmozoan
Asal-usul autotrof
Asal-usul prokariotik
Asal-usul mitokondria
Asal-usul sel eukariotik
Asal-usul kloroplas
Evolusi biologi
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
106
Pernahkah kamu berpikir, dari manakah makhluk hidupberasal? Sejak dahulu, orang mempertanyakan asal-usulmakhluk hidup dan kehidupan di bumi ini. Banyak teori ataupendapat yang dikemukakan orang. Sebelum abad 17, banyakorang yang menganggap bahwa makhluk hidup berasal daribenda mati. Misalnya, ikan dan katak berasal dari lumpur, lalatberasal dari daging yang telah membusuk, dan sebagainya.
Aristoteles berpendapat bahwa mahluk hidup terbentukdari benda mati secara spontan. Teorinya dikenal dengan namageneration spontanea. Para ilmuwan berusaha mencari jawabantentang asal-usul kehidupan dengan melakukan berbagaimacam percobaan. Dari percobaan-percobaan tersebutdihasilkan beberapa teori tentang kehidupan yang mengarahke evolusi biologi. Kamu akan mengetahui teori dan mekanismeevolusi biologi setelah mempelajari bab ini, mari cermatiuraiannya.
Teori TerbentuknyaBumi
A Sebelum membahas teori asal-usul kehidupan, terlebihdahulu akan dibahas teori terbentuknya bumi. Ada beberapateori tentang terjadinya bumi dan benda-benda langit lainnya,antara lain: Teori Kabut (nebula) dan Teori Big Bang.
1. Teori Kabut
Teori Kabut menyatakan bahwa bintang-bintang di angkasameledak. Hasil ledakan yang berupa debu dan gas membentukkabut. Kabut ini disebut kabut asal atau nebula. Kabut inikemudian memadat, lalu meledak lagi menghasilkan bintang-bintang baru dan planet-planet termasuk bumi.
2. Teori Big bang
Teori Big Bang (ledakan hebat) menyatakan bahwa kira-kira 15 milyar tahun yang lalu, semua materi di angkasamenyatu dan memadat (berkondensasi) membentuk satubentukan yang mengecil. Selanjutnya, massa padat yangmengecil ini meledak dengan ledakan yang hebat. Debu dangas-gas hasil ledakan membentuk bintang-bintang generasibaru. Saat inilah diperkirakan awal terbentuknya alam semesta.Bumi terbentuk sekitar 5 milyar tahun yang lalu, dan makhlukhidup muncul pertama di bumi sekitar 1 milyar tahun kemudian.
Apa perbedaan antaraTeori Kabut dan Teori BigBang?Diskusikan denganteman sebangkumu.
Gambar 6.1Nebula
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Bab 6 Asal-Usul Kehidupan
107
Teori MengenaiAsal-Usul
Kehidupan
BBerdasarkan fosil dan perhitungan yang teliti, didugakehidupan muncul di bumi sekitar 4 milyar tahun yang lalu.
Para ilmuwan berteori bahwa kehidupan terbentuk melaluisuatu proses evolusi. Evolusi adalah suatu perubahan yangterjadi secara berangsur-angsur dan perlahan-lahan dalamwaktu jutaan, bahkan bermilyar-milyar tahun lamanya.
Teori mengenai asal-usul kehidupan dapat dibedakanmenjadi dua macam, yaitu Teori Abiogenesis dan Teori Biogenesis.Mari cermati uraiannya.
1. Teori Abiogenesis (Generatio Spontanea)
Tokoh teori ini adalah Aristoteles (384 - 322 SM), seorangahli filsafat dan ilmu pengetahuan Yunani Kuno. Menurut teoriyang dikemukakannya, makhluk hidup berasal dari benda takhidup. Sebenarnya, Aristoteles mengetahui bahwa telur-telurikan merupakan hasil perkawinan akan menetas menghasilkanikan yang sama dengan induknya, tetapi dia yakin bahwa adaikan yang berasal dari lumpur. Makhluk tersebut terjadi secaraspontan sehingga teori abiogenesis disebut juga generationspontanea.
Tokoh Abiogenesis yang lain adalah John Needham (1700)seorang berkebangsaan Inggris. Dia melakukan percobaandengan merebus sepotong daging dalam wadah selamabeberapa menit (tidak sampai steril). Air rebusan dagingdisimpan dan ditutup dengan tutup botol dari gabus. Setelahbeberapa hari, air kaldu menjadi keruh yang disebabkan olehadanya mikroba. Needham mengambil kesimpulan bahwamikroba berasal dari air kaldu.
Jadi, menurut paham generation spontanea, semuakehidupan berasal dari benda tak hidup secara spontan, seperti:a) ikan dan katak berasal dari lumpurb) cacing berasal dari tanahc) belatung terbentuk dari daging yang membusukd) tikus berasal dari sekam dan kain kotor.
Pada abad ke-17, Antonie Van Leeuwenhoek berhasilmembuat mikroskop sederhana. Dengan alat ini, ia dapatmelihat benda-benda aneh yang sangat kecil dalam setetes airrendaman jerami. Penemuan inilah yang merupakan awalruntuhnya paham Abiogenesis.
Tidak semua orang puas dengan teori yang dikemukakanoleh para penganut paham abiogenesis. Oleh karena itu, adaorang yang mulai menyelidiki asal-usul makhluk hidup melaluiberbagai percobaan.
Gambar 6.2Aristoteles
Gambar 6.3Antonie Van Leeuwenhoek
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5S
umbe
r: E
ncar
ta L
ibra
ry 2
005
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
108
2. Teori Biogenesis
Walaupun bertahan beratus-ratus tahun, teori Abiogenesisakhirnya goyah dengan adanya penelitian tokoh-tokoh yangtidak puas dengan paham Abiogenesis. Tokoh-tokoh ini antaralain: Francesco Redi (Italia, 1626 - 1697), Lazzaro Spallanzani(Italia, 1729 - 1799), dan Louis Pasteur (Perancis, 1822 - 1895)
a. Percobaan Francesco Redi (1626 - 1697)
Francesco Redi adalah seorang dokter Italia. Diamelakukan percobaan untuk menunjukkan bahwa ulat tidakmuncul dengan sendirinya pada daging yang membusuk,melainkan berasal dari telur lalat.
Pada percobaannya yang pertama tahun 1668, Redimenggunakan dua kerat daging segar dan dua toples. Toples Idiisi dengan sekerat daging dan ditutup rapat-rapat. Sedangkan,toples II diisi dengan kerat daging dan dibiarkan terbuka.
Setelah beberapa hari, keadaan daging pada kedua toplestersebut diamati. Hasilnya, pada toples II daging telah membusukdan di dalam daging terdapat banyak larva. F. Redi menyimpulkanbahwa larva bukan berasal dari daging yang membusuk, tetapiberasal dari lalat yang masuk kemudian bertelur pada kerakandaging dan telur tersebut menetas menjadi larva.
Hasil percobaan ini mendapat sanggahan dari parailmuwan pengikut teori abiogenesis. Sanggahan tersebut adalahkehidupan pada toples I tidak dapat terjadi karena toplestersebut tertutup sehingga tidak ada kontak dengan udara.Akibatnya, tidak ada daya hidup di dalamnya.
Untuk menjawab sanggahan tersebut, Redi melakukanpercobaan kedua, yaitu meletakkan daging pada toples tertutupkain kasa sehingga masih terjadi hubungan dengan udara, tetapilalat tidak dapat masuk. Hasil percobaan menunjukkan bahwakeratan daging membusuk, pada daging ini ditemukan sedikitlarva, dan pada kain kasa penutupnya ditemukan lebih banyaklarva. Redi berkesimpulan larva bukan berasal dari daging yangmembusuk, tetapi berasal dari lalat yang hinggap di kain kasadan beberapa telur jatuh pada daging.
b. Percobaan Lazzaro Spallanzani (1729 - 1799)Percobaan Spallanzani pada prinsipnya sama dengan
percobaan Redi, tetapi bahan yang digunakan adalah air kaldu.Labu I : diisi 70 cc air kaldu, kemudian dipanaskan 15º C
dan dibiarkan terbuka.Labu II : diisi 70 cc air kaldu, kemudian ditutup rapat dengan
sumbat gabus, lalu dipanaskan dan pada daerah
Gambar 6.4Perangkat percobaanFrancesco Redi(a) Percobaan I(b) Percobaan II
(a)
(b)
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 6 Asal-Usul Kehidupan
109
pertemuan gabus dengan mulut labu dapat diolesililin agar lebih rapat.
Kedua labu itu ditempatkan di tempat terbuka dandidinginkan. Setelah beberapa hari kemudian, hasil percobaanmenunjukkan bahwa:Labu I : terjadi perubahan, air kaldu menjadi keruh dan
berbau tidak enak, serta banyak mengandungmikroba.
Labu II : tidak ada perubahan sama sekali, air tetap jernihdan tanpa mikroba. Tetapi, bila dibiarkan terbukalebih lama terdapat banyak mikroba.
Diskusikan dengan temansekelompokmu.Apa persamaan danperbedaan percobaanFrancesco Redi denganSpallanzani?
Labu I
dipanaskan terdapat mikroba
didinginkan
Labu II
dipanaskan tidak terdapat mikroba
didinginkan
Dengan mikroskop tampak bahwa pada kaldu yang berasaldari labu I dan labu II terdapat mikroorganisme.
Spallanzani menyimpulkan bahwa timbulnya kehidupanhanya mungkin jika telah ada kehidupan sebelumnya. Jadi,mikroorganisme tersebut telah ada dan tersebar di udara.
Pendukung abiogenesis menyatakan keberatan terhadaphasil eksperimen Spallanzani, sebab udara diperlukan untukberlakunya generation spontanea. Sedangkan, paham biogenesisberanggapan bahwa udara itu merupakan sumber kontaminasi.
c. Percobaan Louis PasteurOrang yang memperkuat teori Biogenesis dan
menumbangkan teori Abiogenesis hingga tak tersanggahkan lagiadalah Louis Pasteur (1822 - 1895) seorang ahli biokimiaberkebangsaan Perancis. Pasteur melakukan percobaanpenyempurnaan dari percobaan yang dilakukan Spallanzani.Pada percobaannya, Pasteur menggunakan air kaldu dantabung berleher angsa. Percobaannya adalah sebagai berikut:1) Air kaldu dimasukkan ke labu berleher angsa. Labu ini
digunakan dengan tujuan untuk menjaga adanyahubungan antara labu dengan udara luar. Selanjutnya, labudipanaskan untuk mensterilkan air kaldu darimikroorganisme.
Gambar 6.4Perangkat percobaanSpallanzani
Gambar 6.6Louis Pasteur
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
110
2) Setelah dingin, labu ditempatkan pada tempat yang aman.Karena bentuk pipa seperti angsa, udara dari luar dapatmasuk ke dalam labu dan menempel di dasar lehernya.Sehingga udara yang masuk ke dalam labu adalah udarayang steril. Jadi, dalam percobaan ini masih ada daya hidupseperti yang dipersoalkan penganut paham Abiogenesis.Setelah dibiarkan beberapa hari, air kaldu tetap jernih dantidak mengandung mikroorganisme.
3) Labu yang berisi air kaldu jernih, kemudian dipecahkanlehernya sehingga air kaldu bersentuhan dengan udara luarsecara langsung. Setelah beberapa hari dibiarkan, air kaldumenjadi busuk dan banyak mengandung mikroorganisme.
Kesimpulan percobaan Pasteur adalah mikroorganismeyang ada pada air kaldu bukan berasal dari cairan (benda takhidup), melainkan dari mikroorganisme yang terdapat di udara.Mikroorganisme yang ada di udara masuk ke dalam labubersama-sama dengan debu.
Berdasarkan hasil percobaan tersebut, tumbanglah TeoriAbiogenesis dan muncul Teori Biogenesis yang menyatakanbahwa:a) Omne vivum ex ovo, artinya setiap makhluk hidup berasal
dari telur.b) Omne ovum ex vivo, artinya setiap telur berasal dari
makhluk hidup.c) Omne vivum ex vivo, artinya setiap makhluk hidup berasal
dari makhluk hidup juga.
Gambar 6.6Perangkat percobaanLouis Pasteur
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
air kaldudipanaskan
didiamkan leher labudipecahkan
tidak adamikroba
terdapatmikroba
Bab 6 Asal-Usul Kehidupan
111
Teori Asal-UsulKehidupan Lain
CTeori Louis Pasteur telah menjawab bahwa setiap makhlukhidup berasal dari makhluk hidup juga dan bukan berasal daribenda mati. Dari manakah makhluk hidup berasal? Bagaimanaproses pembentukannya? Mari cermati uraian berikut ini.
Teori Kreasi Khas menyatakan bahwa kehidupandiciptakan oleh zat supranatural (gaib) pada saat yangistimewa. Teori ini dikenal dengan nama Teori Kreasi Khas atauTeori Penciptaan Khusus. Carolus Linnaeus adalah salah satupengikut teori ini.
1. Teori Kreasi Khas
Teori kataklisma menyatakan bahwa semua spesiesdiciptakan sendiri-sendiri dan berlangsung dalam periode-periode, di antara periode yang satu dengan yang lain terjadibencana yang menghancurkan spesies lama dan memunculkanspesies baru. Pandangan ini dipelopori oleh cuvier.
2. Teori Kataklisma
3. Teori Kosmozoan
Teori ini menyatakan bahwa kehidupan yang ada di planetbumi berasal dari protoplasma yang membentuk spora-sporakehidupan. Spora kehidupan ini mencapai permukaan bumi danberasal dari alam semesta. Pelopor teori ini adalah Arrhenius.
4. Teori Evolusi Biokimia
Teori ini menyatakan bahwa makhluk hidup terbentukberdasarkan hukum Fisika-Kimia yang dilanjutkan denganEvolusi Biologi. Teori ini disebut Teori Evolusi Biokimia.
Para ahli Biologi, Astronomi, dan Geologi sepakat bahwaplanet bumi ini telah terbentuk kira-kira antara 4,5 - 5 milyartahun yang lalu. Keadaan pada saat awal terbentuknya bumisangat berbeda dengan keadaan saat ini.
Pada saat itu, suhu planet bumi diperkirakan mencapai40.000 - 80.000ºC. Pada saat mulai mendingin, senyawa karbonbeserta beberapa unsur logam mengembun membentuk intibumi. Sedangkan, permukaannya tetap gersang, tandus dantidak datar.
Di atmosfer bumi terbentuk senyawa-senyawa sederhanayang mengandung unsur-unsur, seperti uap air (H2O), ammonia(NH3), metan (CH4) dan karbon dioksida (CO2). Senyawa
Gambar 6.7Carolus Linnaeus
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Gambar 6.8Arrhenius
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Gambar 6.9Bumi diduga terbentuk sekitar4,5 - 5 milyar tahun yang lalu
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
112
sedehana ini berbentuk uap dan bertahan di lapisan atasatmosfer.
Ketika suhu atmosfer turun sekitar 100º C terjadilah hujanair mendidih. Peristiwa ini berlangsung selama ribuan tahun.Dalam keadaan semacam ini, bumi dipastikan belum dihunikehidupan. Namun, kondisi ini memungkinkan berlangsung-nya reaksi kimia, karena tersedianya zat (materi) dan energiyang berlimpah.
Berdasarkan uraian tersebut, beberapa ilmuwanmengemukakan pendapat serta melakukan eksperimen. Diantaranya adalah: Harold Urey dan Stanley Miller.
a. Teori Evolusi Kimia menurut Harold Urey (1893)
Urey menyatakan zat-zat organik terbentuk dari zat-zatanorganik. Menurut Urey, zat-zat anorganik yang ada diatmosfer berupa gas karbondioksida, metana, amonia, hidrogen,dan uap air. Semua zat ini bereaksi membentuk zat organikkarena energi petir.
Menurut Urey, proses terbentuknya makhluk hidup dapatdijelaskan dengan 4 tahap, yaitu:Tahap I : Molekul metana, amonia, hidrogen, dan uap air
tersedia sangat banyak di atmosfer bumi.Tahap II : Energi yang diperoleh dari aliran listrik halilintar
dan radiasi sinar kosmis menyebabkan zat-zatbereaksi membentuk molekul-molekul zat yanglebih besar.
Tahap III : Terbentuk zat hidup yang paling sederhana yangmemiliki susunan kimia, seperti susunan kimiapada virus.
Tahap IV : Zat hidup yang terbentuk berkembang dalamwaktu jutaan tahun menjadi organisme (makhlukhidup) yang lebih kompleks.
b. Teori kimia menurut Stanley Miller
Miller adalah murid Harold Urey yang berhasil membuatmodel alat yang digunakan untuk membuktikan hipotesis Urey.Miller memasukkan uap air, metana, amonia, gas hidrogen, dankarbondioksida ke dalam tabung percobaan. Tabung tersebutkemudian dipanasi. Untuk mengganti energi listrik halilintarke dalam perangkat alat tersebut dilewatkan lecutan listrikbertegangan tinggi sekitar 75.000 volt. Hal ini dimaksudkanuntuk meniru kondisi permukaan bumi pada waktu terjadipembentukan zat organik secara spontan.
Dengan adanya energi listrik, terjadilah reaksi-reaksi yangmembentuk zat baru. Zat-zat yang terbentuk didinginkan dan
Gambar 6.10Energi petir membentuk zatorganik di jaman purba
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Bab 6 Asal-Usul Kehidupan
113
ditampung. Hasil reaksi kemudian dianalisis.Ternyata, di dalamnya terbentuk zat organiksederhana, seperti asam amino, gula sederhanaseperti ribosa dan adenin. Dengan demikian,Miller dapat membuktikan bahwa zat organikdapat terbentuk dari zat anorganik secaraspontan.
Sejak saat itu, perkembangan ilmu evolusikimia makin maju dengan ditemukannyasenyawa-senyawa penyusun unsur kehidupan.Salah satu peneliti bernama Melvin Calvin yangmenemukan bahwa radiasi sinar dapatmengubah metana, amonia, hidrogen, dan airmenjadi molekul-molekul gula, asam amino,purin dan pirimidin yang merupakan zat dasarpembentuk DNA, RNA, ATP dan ADP.
Jadi, asal-usul kehidupan menurut TeoriEvolusi Kimia adalah bahwa di dalam supprabiotik terkandung zat-zat organik, DNA, dan RNA. RNAdapat melakukan sintesis protein atas perintah DNA. Dengandemikian, di dalam sup prabiotik terdapat protein. Setelah itu,terbentuklah sel pertama. Sel tersebut hidup secara heterotrofyang mendapatkan makanan dari lingkungannya berupa zat-zat organik yang melimpah. Sel tersebut mampu membelah dirisehingga jumlahnya makin banyak. Sejak saat itu berlangsunglahEvolusi Biologi.
Evolusi BiologiDTerbentuknya sel pertama kali di bumi diperkirakan terjadi
sekitar 4 milyar tahun yang lalu. Sel yang terbentuk adalah selheterotrof, yaitu sel yang memakan bahan makanan yangterdapat di sup prabiotik. Sel heterotrof ini melakukan respirasianaerobik karena kadar oksigen waktu itu sangat rendah, tidakmemiliki membran inti (prokariotik), tidak memiliki organel-organel seperti mitokondria, kloroplas, retikulum endoplasmadan mampu bereproduksi melalui pembelahan sel.
Sel primitif yang terbentuk pertama kali ialah selprokariotik, yaitu sel sederhana yang tidak memiliki membraninti, hanya memiliki membran sel. Sitoplasma yang mengandungDNA, dan RNA, serta zat-zat organik dari lingkungannyasebagai makanan. Sel ini tidak mengandung mitokondria yangberfungsi menghasilkan energi. Sehingga, sel ini bersifatanaerobik. Hal ini sesuai dengan kondisi lingkungan saat ituyang miskin akan oksigen.
1. Asal-Usul Prokariotik
Gambar 6.11Perangkat percobaanStanley Miller
Gambar 6.12Sel prokariotik
Elektroda
lecutanlistrik
UnsurCH
4
NH3
H2O
H2ke
udarakondensor
air panasendapan mengandung
molekul kompleks
Ribosom Nukleus Sitoplasma
Dinding sel Membran sel
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
idS
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
114
3. Asal-Usul Sel Eukariotik
Organisme eukariotik diduga muncul sekitar 1,5 milyartahun yang lalu. Organisme eukariotik diduga berasal dariorganisme prokariotik yang melakukan evolusi, karena dalamsel prokariotik terdapat DNA. DNA merupakan materi genetikyang menentukan sifat organisme sehingga perlu dilindungi.Membran sel mengalami pelekukan ke dalam sehinggamengelilingi DNA. Membran bagian dalam bersatu membentukmembran nukleus dalam. Sedangkan, bagian luar menjadimembran nukleus luar. Jadi membran yang mengelilingi DNAmerupakan membran rangkap.
Hipotesis ini berdasarkan kenyataan saat ini bahwa membrannukleus merupakan membran rangkap, dan membran luarnukleus memiliki hubungan secara langsung dengan membransel melalui Retikulum Endoplasma (RE). Hubungan ini merupakansisa-sisa membran plasma yang melekuk ke dalam. Denganterbentuknya membran nukleus, terbentuklah sel eukariotik yangmerupakan hasil evolusi dari sel prokariotik.
4. Asal-Usul Mitokondria
Mitokondria merupakan organel pernapasan sel. Kamutelah mengetahui bahwa sel pertama yang terbentuk adalahsel heterotrof yang merupakan sel anaerobik. Mengingat energiyang dihasilkan kecil, organisme berevolusi agar dihasilkanenergi yang cukup banyak dengan cara melakukan respirasisecara aerobik melalui daur krebs. Jadi, respirasi aerobik munculsetelah respirasi anaerobik. Energi yang dihasilkan dari keduarespirasi dapat kamu lihat pada respirasi berikut ini.
Sel heterotrof primitif terus berkembangbiak sehingga bahanmakanan berupa bahan organik terus menipis. Kondisi demikianmemaksa sel membuat makanannya sendiri melalui adaptasiterhadap lingkungannya dengan cara membran plasmanyamelekuk ke dalam, membentuk lembaran-lembaran fotosintetikuntuk menangkap energi sinar guna membuat zat organik darizat anorganik. Munculah sel autotrof sebagai akal bakal seltumbuhan yang memungkinkan terjadinya fotosintesis.
Proses fotosintesis menghasilkan oksigen. Makin banyaksel autotrof, makin banyak karbondioksida yang diperlukan danmakin banyak pula oksigen yang dikeluarkan. Proses fotosintesmenyebabkan kadar gas karbondioksida di atmosfer makinberkurang. Sementara itu kadar oksigen semakin bertambah.Terbentuknya sel autotrof ini diperkirakan berlangsung selama2 milyar tahun yang lalu.
2. Asal-Usul Autotrof
Gambar 6.13Sel eukariotik antara nukleusdan membran sel terdapat RE
Membran sel
Retikulumendosplasma
RibosomMembran
nukleusNukleus
NukleolusSitoplasma
MitokondriaLisosom
Badan golgiSum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 6 Asal-Usul Kehidupan
115
Respirasi Anaerobik:C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 21 kal
Respirasi Aerobik:C6H12O6 + 6O2 → 6H2O + 6CO2 + 675 kal
Jadi, yang terbentuk pertama kali adalah sel prokariotikanaerobik yang berevolusi menjadi sel prokariotik aerobik.
Dengan demikian, terdapat beberapa macam sel, yaitu selprokariotik anaerobik, sel prokariotik aerobik, dan sel eukariotikanaerobik. Selanjutnya, sel eukariotik anaerobik "menelan" selprokariotik aerobik. Sel prokariotik itu hidup di dalam seleukariotik dan melakukan simbiosis mutualisme sebagai selinang, sel eukariotik mendapatkan energi dari sel prokariotik,sedangkan sebagai simbion, sel prokariotik mendapatkan asampiruvat dari sel inang.
Dalam perkembangan selanjutnya, sel prokariotik tersebutberubah menjadi mitokondria, yaitu organel penghasil energiyang terdapat di dalam sel. Simbiosis antara sel prokariotikaerobik dengan sel eukariotik anaerobik yang demikian itudikenal sebagai endosimbions. Dasar dari dugaan ini dikarenakanpada saat ini:a) Mitokondria memiliki dua membran, yaitu membran luar
dan membran dalam. Membran luar diduga berasal darimembran sel inang yang melekuk ke dalam ketika menelansel bakteri aerobik. Sedangkan, membran dalam didugaberasal dari membran bakteri aerobik.
b) Masih adanya bakteri aerobik yang memiliki mesosomsebagai penghasil energi. Diduga, sel prokariotik aerobikmirip dengan bakteri aerobik.
c) DNA mitokondria mirip dengan DNA prokariotik.d) Polipeptida yang disintesis dalam mitokondria digunakan
sendiri oleh mitokondria tersebut. Polipeptida ini berbedadengan Polipeptida sel inang.
e) Mitokondria mampu membelah diri seperti halnya bakteri.
Untuk lebih memahami tentang asal-usul sel eukariotik,mari cermati Gambar 6.14 di bawah ini.
Gambar 6.14Asal-usul sel eukariotikberdasarkan hipotesisendosimbiosis
anaerobik, heterotrof prokariotik
DNAproeukariotik sel
membran plasmaselubung awalnukleus
retikulum endoplasma
alga dan seltumbuhanfotosintetik
cyanobakteri
protista,sel hewan
kloroflas
vakuola
nukleus
retikulumendoplasma
dinding sel
mitokondria
pelekukanmembran plasma
aerobikprokariot
aerobik,heterotrofprokariot
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
116
5. Asal-Usul Kloroplas
Seperti halnya mitokondria, kloroplas juga terbentukmelalui endosimbiosis. Pada awal pertengahan kehidupan telahterbentuk sel autotrof yang diduga mirip dengan Cyanobakteri(bakteri biru) pada masa sekarang ini. Sel purba heterotrof yangbernapas secara aerobik dan memiliki membran inti, menelansel autotrof yang mampu berfotosintesis.
Sel autotrof yang hidup di dalamnya mendapatkan karbondioksida dan air dari sel inangnya, sementara itu sel inangmendapatkan oksigen dan hasil-hasil fotosintesis. Sel autotrofini akhirnya menjadi kloroplas. Terbentuklah sel berkloroplas,berinti, memiliki mitokondria, yang merupakan cikal bakal seltumbuhan.
Hipotesis endosimbiosis kloroplas ini dikemukakanberdasarkan kenyataan pada saat ini, bahwa:a) Kloroplas memiliki membran rangkap dan membran
luarnya mirip dengan struktur membran sel.b) Ada beberapa fotosintetik (cyanobakteria) yang memiliki
membrane fotosintetik, yang mirip dengan tilakoid padakloroplas.
c) Di dalam kloroplas terdapat DNA yang juga dijumpai padabakteri fotosintetik.
d) Kloroplas dapat bertambah banyak melalui pembelahan,seperti halnya bakteri.
Kenyataan saat ini bahwaperbedaan antara hewantingkat rendah dan tumbuhantingkat rendah tidak jelas. Halini menyebabkan para pakarberpendapat bahwa hewandan tumbuhan bersel satuberasal satu, yaitu berasal darinenek moyang yang sama.Bentuk asal yang sama inimerupakan asal dari flageliatayang ada saat ini. Contohflageliata yang memiliki sifatseperti hewan dan tumbuhanadalah Euglena.
(Sumber: Encarta, 2005)
1234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567
Kamu telah mempelajari asal-usul kehidupan. Hal-hal pentingapa sajakah yang harus diketahui dalam mempelajarinya? Catatlahdalam bentuk rangkuman. Tuliskan pula daftar istilah tentang asal-usul kehidupan yang menurutmu sulit. Gunakanlah kamus biologiuntuk mencari artinya. Kemudian, tukarlah hasil rangkumanmudengan rangkuman teman. Berikan masukan dan saran padarangkuman masing-masing.
Bab 6 Asal-Usul Kehidupan
117
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat di setiap soal-soal berikut.
1. Paham Abiogenesis menyatakanbahwa ….a. makhluk hidup berasal dari benda
matib. makhluk hidup berasal dari telurc. setiap telur berasal dari makhluk
hidupd. setiap makhluk hidup akan
berkembang biake. makhluk hidup berasal dari
makhluk hidup
2. Semboyan paham biogenesis, antaralain omne vivum ex vivo, artinya ....a. semua kehidupan berasal dari
benda matib. semua telur akan berkembang
menjadi makhluk hidupc. semua kehidupan berasal dari
kehidupan sebelumnyad. semua makhluk hidup berasal dari
telure. terjadinya makhluk hidup dari
telur secara spontan
3. Berikut adalah tokoh-tokoh biologi yangsangat terkenal:(1) Louis Pasteur(2) Aristoteles(3) Stanley Miller(4) Francesco Redi(5) Lazzaro Spallanzani(6) John NeedhamTokoh-tokoh tersebut yang mendukungpaham Abiogenesis adalah ….a. (1), (3), (6) d. (3), (5), (6)b. (2), (4), (5) e. (2), (3), (6)c. (1), (4), (5)
4. Sedangkan, tokoh yang mendukungpaham Biogenesis adalah ….a. (1), (3), (6)
b. (2), (4), (5)c. (1), (4), (5)d. (3), (5), (6)e. (2), (3), (6)
5. Yang menyatakan bahwa di atmosferlahpertama kali terjadinya makhluk hidupialah ….a. Stanley Millerb. Aristotelesc. Harold Ureyd. Lazzaro Spallanzanie. Louis Pasteur
6. Abiogenesis sama artinya dengan ….a. Omne vivum ex vivob. Generatio spontaneac. Omnis cellula e cellulad. Omne ovum ex ovoe. Biogenesis
7. Persamaan percobaan Louis Pasteurdengan Spallanzani adalah bahwakeduanya ….a. menggunakan bahan yang samab. diudara banyak terdapat zat
hidupc. kebenaran teori abiogenesisd. ketidakbenaran teori abiogenesise. menggunakan bahan yang sama
yaitu daging
8. Orang yang mengemukakan teoribahwa zat hidup yang pertama terjadiberasal dari reaksi kimia, antara lainmetana, ammonia, hydrogen, dan airialah ….a. Harold Ureyb. Louis Pasteurc. Francesco Redid. Stanley Millere. Lazzaro Spallanzani
M a r i B e r k o m p e t e n s iM a r i B e r k o m p e t e n s i
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
118
1. Apa yang dimaksud dengan teori Abiogenesis? Tuliskan tokoh-tokohnya.2. Apa yang dimaksud dengan teori Biogenesis? Tuliskan tokoh-tokohnya.3. Apa sajakah yang membedakan percobaan yang dilakukan Francisco Redi dan
percobaan Lazzaro Spallanzani?4. Selain teori Abiogenesis dan Biogenesis, teori apalagi yang menerangkan asal-usulnya
kehidupan?5. Jelaskan teori terbentuknya makhluk hidup menurut Harold Urey.
B. Jawablah soal-soal berikut dengan singkat dan jelas.
9. Radiasi pertama dari evolusi biologiadalah ….a. Alga dan Protozoab. Protozoa dan Spongesbobc. Alga dan Coelenteratad. Spongesbob dan Coelenteratae. Echinodermata dan Chordata
10. Nenek moyang invertebrata adalah….a. Cnidariab. Protista yang hidup di lautc. Echinodermatad. Protozoa yang hidup di laute. Porifera yang hidup di laut
11. Teori tentang asal-usul kehidupanyang menyatakan bahwa kehidupandi planet bumi datang dari mana saja,disebut ….a. Teori Kosmozoanb. Teori Generatio Spontaneac. Teori Kreasi Khasd. Teori Abiogenesise. Teori Biogenesis
12. Ciri bentuk pertama dari tumbuhanadalah ….a. berkembangnya flagela dan klorofilb. menghilangnya flagela dan klorofilc. menghilangnya flagela dan ber-
kembangnya klorofild. berkembangnya flagela dan blasteae. berkembangnya flagela dan meng-
hilangnya klorofil
13. Menurut hasil penyelidikan ilmuwan,atmosfer purba kaya akan gas-gas,kecuali ….a. hidrogenb. nitrogenc. oksigend. karbondioksidae. helium
14. Tokoh berikut ini merupakan tokohyang dikenal dalam evolusi kimia,kecuali ….a. A. I Oparinb. Stanley Millerc. Louis Pasteurd. Harold Ureye. Melvin Calvin
15. Menurut Harold Urey, terbentuknyamakhluk hidup melalui proses-prosesberikut, kecuali ….a. tersedianya molekul CH4, uap air,
NH3, dan hydrogen di atmosferb. dalam jangka waktu yang lama,
zat hidup berkembang menjadisejenis makhluk hidup
c. terbentuknya zat hidup sederhanayang strukturnya menyerupaivirus
d. terbentuknya zat hidup berupavirus yang dapat berkembangmenjadi makhluk lebih kompleks
e. adanya bantuan energi aliranlistrik halilintar dan radiasi sinarkosmis
Bab 7 Evolusi
119
BabBab Evolusi77Peta Konsep
Mekanisme evolusi
Timbulnya spesies baru
Perubahan perbandingan frekuensi gen pada populasi
Hukum Hardy-Weinberg
Mutasi Gen
Petunjuk evolusi
Petunjuk alat tubuh yang tersisa
Perbandingan fisiologi
Perbandingan biokimia
Embrio perbandingan
Homologi alat-alat tubuh berbagai makhluk hidup
Adanya fosil
Variasi individu dalam keturunan
Pengertian evolusi
Teori evolusi
Perbandingan Teori Evolusi Lamarck, Weismann, dan Darwin
Penemuan Teori Evolusi Darwin
Teori Skala Alami dan Teologi Alam
Evolusi
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
120
Masih ingatkah kamu, apa yang dimaksud dengan evolusi?Di alam terjadi dua macam evolusi, yaitu mikro evolusi danmakro evolusi. Mikro evolusi adalah evolusi secara bertahap yangterjadi pada frekuensi gen yang menimbulkan perubahanfenotip organisme. Sedangkan, makro evolusi adalah evolusiyang meliputi asal-usul organisme baru, jenis-jenis organismeyang menempati suatu habitat, arah evolusi, dan terjadinyakepunahan makhluk hidup.
Berdasarkan data atau petunjuk yang ada, makhluk hidup(hewan dan tumbuhan) telah menghuni bumi jutaan tahun yanglampau. Jenis-jenis yang hidup pada masa lampau tersebutberbeda dengan jenis yang hidup pada masa sekarang ini.Bahkan, beberapa jenis hewan dan tumbuhan purba saat initelah punah, tinggal fosilnya saja, contohnya Dinosaurus.
Diperkirakan, hewan dan tumbuhan pertama kali hidupdi laut. Melalui proses yang amat lama, tumbuhan dan hewantersebut menyebar ke darat. Perubahan lingkungan ini otomatisberpengaruh kepada cara hidupnya. Berarti, dalam jangkawaktu yang lama dan perlahan-lahan makhluk tersebutmengalami perubahan atau evolusi. setelah mempelajari babini, kamu akan mengetahui tentang evolusi biologi dankecenderungan baru tentang teori evolusi, mari ikuti uraiannya.
PengertianEvolusi
A Evolusi adalah suatu perubahan pada makhluk hidup yangterjadi secara berangsur-angsur dalam jangka waktu yang lamasehingga terbentuk spesies baru. Sedangkan, berdasarkan ilmubiologi, evolusi merupakan cabang biologi yang mempelajarisejarah asal-usul makhluk hidup dan keterkaitan genetik antaramakhluk hidup satu dengan yang lain. Evolusi biologi mencakupdua peristiwa, yaitu:1) evolusi anorganik merupakan evolusi mengenai asal-usul
makhluk hidup yang ada di muka bumi, berdasarkan faktadan penalaran teoritis;
2) evolusi organik (evolusi biologis) merupakan evolusifilogenetis, yaitu mengenai asal-usul spesies dan hubungankekerabatannya.
Pemahaman evolusi didukung oleh cabang-cabang ilmulain, di antaranya: Paleontologi (ilmu yang mempelajari fosil),geologi, morfologi, anatomi, embriologi, biokimia, dan genetika.Misalnya, geologi, ilmu yang mempelajari susunan dan strukturbatu-batuan dapat menjelaskan umur suatu fosil yangditemukan pada struktur batuan tertentu.
1. Hubungan Berbagai Ilmu dengan Evolusi
Bab 7 Evolusi
121
a. Adaptasi dan seleksi alam
Lingkungan selalu berubah dari waktu ke waktu.Perubahan lingkungan mendorong makhluk hidup yang tinggaldi dalam lingkungan tersebut melakukan adaptasi ataupenyesuaian diri. Adaptasi dilakukan makhluk hidup dengantujuan mempertahankan kelangsungan hidupnya. Apabilagagal beradaptasi, maka makhluk hidup tersebut akan punah.Makhluk hidup adaptif merupakan makhluk hidup yangmampu beradaptasi terhadap lingkungannya. Contohnya,populasi kupu-kupu Biston betularia di Inggris.
2. Penyebab Terjadinya Evolusi
Tabel 7.1 Adaptasi pada Biston betularia di Inggris
InggrisBiston Betularia
Bersayap Cerah Bersayap Gelap
Sebelum revolusi Populasinya > Populasinya <industri yang bersayap gelap bersayap cerah
Sesudah revolusi Populasinya < Populasinya >industri yang bersayap gelap yang bersayap cerah
Dari tabel di atas tampak adanyaperubahan populasi kupu-kupu. Diduga halini terjadi, karena sebelum revolusi industrilingkungan masih cerah sehingga kupu-kupubersayap cerah lebih adaptif daripada kupu-kupu bersayap gelap. Sebaliknya, setelahrevolusi industri, lingkungan lebih gelap olehjelaga atau polusi. Sehingga, kupu-kupubersayap gelap lebih adaptif denganlingkungannya, sedangkan kupu-kupubersayap cerah tidak adaptif akibatnyamudah ditangkap oleh predator. Sehinggadapat disimpulkan bahwa adaptasi terhadap lingkunganmerupakan salah satu mekanisme seleksi alam.
Diskusikan dengan teman sekelompokmu. Apahubungan antara adaptasi dengan seleksialam? Coba kamu cari literatur dan lengkapiTabel berikut ini.Tabel 7.2 Macam-macam Adaptasi
No Adaptasi Definisi Contoh
1. Struktur
2. Fisiologi
3. Tingkah laku
4. Reproduksi
Gambar 7.1Dua macam kupu-kupu(sepasang-sepasang)dilepaskan ke dua daerah,A dan B
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
122
Adaptasi pada tumbuhan, misalnya kaktus yang hidup padakondisi panas terik di gurun mempunyai lapisan lilin yang tebal,daun-daunnya mengalami modifikasi menjadi duri atau daun-daun kecil untuk mengurangi penguapan air. Batang tumbuhankaktus mampu menyimpan air dan memiliki klorofil untukfotosintesis. Akar tumbuhan kaktus tersebar meluas di bawahpermukaan tanah untuk mempermudah penyerapan air.
Kedua contoh di atas menunjukkan bahwa alam(lingkungan) menyeleksi makhluk hidup di dalamnya. Seleksialam memperlihatkan hanya makhluk hidup yang adaptifdengan lingkungannya yang dapat bertahan hidup.
Seleksi alam akan menguntungkan spesies makhluk hidupyang mempunyai banyak variasi (genetik) pada tiap generasi,faktor-faktor lingkungan akan menyeleksi variasi tertentu.Misalnya, kasus adanya dua warna pada Biston lebihmenguntungkan kupu-kupu tersebut, dibandingkan apabilaBiston tidak mempunyai variasi warna sayap.
b. Seleksi buatan
Kegiatan ini bertujuan untuk meningkatkan hasil budidayahewan dan tumbuhan yang dianggap akan lebih baik produksi,mutu, maupun daya tahannya. Usaha seleksi ini diikuti denganpersilangan yang mengakibatkan proses evolusi berlangsungdalam jangka waktu relatif singkat. Usaha ini dilakukan dibidang pertanian maupun peternakan. Contohnya, budidayavarietas kedelai Muria.
Teori EvolusiB Charles Darwin bukanlah orang yang pertama kali
mengemukakan teori evolusi. Sebelumnya telah ada tokoh-tokohyang pernah mengemukakan teori evolusi. Cermatilah.
1. Teori Skala Alami dan Teologi Alam
Teori Skala Alami dan Teologi Alam yang dikemukakanoleh Plato (427 – 347 SM) dan Aristoteles (384 - 322 SM).Plato percaya adanya dua dunia, yaitu dunia yang ideal danabadi, serta dunia maya (khayal) yang tidak sempurna.Kedua dunia tersebut dapat dipahami dengan menggunakanalat indera manusia. Menurutnya, evolusi akan mengubahdunia yang organismenya sudah ideal dan teradaptasisempurna dengan lingkungannya. Sebaliknya, Aristotelesmenganut Teori Skala Alami yang membahas bahwa semuabentuk kehidupan disusun menurut suatu skala yangkompleksitasnya meningkat.
Gambar 7.2Kaktus
Gambar 7.3Plato
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5S
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Bab 7 Evolusi
123
Charles Robert Darwin (1809-1882) yang dikenal sebagaiBapak Teori Evolusi lahir di daerah Inggris bagian barat. TeoriEvolusi Darwin tidak muncul begitu saja, namun berdasarkanhasil perjalanannya dengan kapal Beagle ke kepulauanGalapagos dan studi terhadap berbagai disiplin ilmu.
a. Pelayaran Darwin ke Kepulauan Galapagos
Saat berlayar dari Inggris menggunakan kapal HMSBeagle, Darwin berusia 22 tahun (bulan Desember 1831).Tujuan utama pelayaran tersebut adalah untuk memetakanpesisir pantai Amerika Selatan yang masih belum jelas.
Pada saat awak kapal sibuk memetakan pesisir pantai,Darwin turun ke pantai, mengamati, dan mengoleksi ratusanspesimen fauna dan flora Amerika Selatan yang beraneka ragamdan endemik.
Selain itu, saat kapal mengelilingi benua Amerika, Darwinmengamati berbagai adaptasi tumbuhan dan hewan yangmenempati hutan Brazil, bentangan padang rumput diArgentina, daratan terpencil Tierra del Fuego dekat Argentinadan pegunungan Andes.
2. Penemuan Teori Evolusi Darwin
Tahun 1700-an, perkembangan ilmu Biologi di Eropa danAmerika didominasi oleh Teori Teologi Alam. Teologi alammerupakan suatu filosofi yang bertujuan untuk menemukanrencana Tuhan dengan mempelajari alam. Ahli-ahli teologimelihat adaptasi organisme sebagai bukti bahwa Tuhan telahmendesain tiap-tiap spesies dengan suatu tujuan tertentu.
Carolus Linnaeus (1707 - 1778), seorang ahli fisika danbotani dari Swedia yang melakukan pencarian tingkatkeanekaragaman kehidupan. Linnaeus merupakan penemutaksonomi. Taksonomi merupakan cabang biologi yangmempelajari penamaan dan pengklasifikasian berbagaiorganisme.
Linnaeus mengadopsi suatu sistem untuk mengelompokkanspesies-spesies ke dalam suatu tingkatan kategori tertentu yangberjenjang. Bagi Linnaeus, pengelompokan spesies yang samasecara bersama-sama menunjukkan tidak adanya hubunganevolusi.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
124
Setelah mencatat flora dan fauna di berbagai wilayahAmerika Selatan, Darwin menyimpulkan bahwa flora danfauna di Amerika Selatan mempunyai karakteristik khusus yangsangat berbeda dengan flora dan fauna di Eropa. Darwin jugamengatakan bahwa flora dan fauna di daerah beriklim sedangmempunyai hubungan yang lebih dekat dengan spesies yanghidup di wilayah tropis benua tersebut, dibandingkan spesiesdi daerah beriklim sedang di Eropa.
Fauna yang paling membingungkan Darwin ditemukandi Kepulauan Galapagos, yaitu kepulauan yang berada di sebelahbarat pesisir Amerika Selatan. Pada umumnya, spesies faunadi Galapagos tidak ditemukan hidup di tempat lain, meskipunada kesamaan dengan hewan di Amerika Selatan.
Setelah mengadakan pengamatan, diantaranya Darwinmenemukan 14 jenis burung finch di Galapagos. Meskipun jenis-jenis tersebut agak mirip, namun terlihat sebagai spesies yangberbeda, yang menunjukkan hubungan dengan burung Finchyang ada di Amerika Selatan.
Gambar 7.3Charles Darwin dan HMSBeagle yang membawanya(1831) ke pulau Galapagos
Gambar 7.4Jenis-jenis burung finch diGalapagos
Perbedaan utama burung finch, yaitu pada bentuk danukuran paruhnya yang merupakan adaptasi terhadap makanantertentu. Kelompok pertama burung Finch yang hidup di tanah(Geospiza magnirostris) mempunyai paruh yang besar yangteradaptasi untuk memecahkan biji, kelompok kedua finch(Camarhynchus pallidus) yang menggunakan suatu duri kaktusatau ranting kecil sebagai alat untuk mengorek semut atauserangga lainnya, dan kelompok ketiga adalah kelompok kecilfinch (Camarhynchus parvulus) yang menggunakan paruhnyauntuk menangkap serangga.
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
AmerikaUtara
Afrika
EropaInggrisRaya
AmerikaSelatan
SamuderaAtlantik
KepulauanGalapagos
TanjungGood Hope
Tanjung Horn
Australia
Ekuator
TasmaniaSelandia
Baru
Platyspizacrassirostris
Camarhychuspsittacula
Camarhychusparvulus
Cactospizapallida
Certhideaolivacea
Geospizaconirostris
Geospizadifficilis
Geospizafuliginosa
Geospizamagnirostris
Bab 7 Evolusi
125
b. Teori Evolusi Darwin
Charles Darwin mengemukakan teori evolusinya secaralengkap dalam buku yang berjudul On The Origin of Species byMeans of Natural Selection (Asal mula spesies yang terjadi melaluiseleksi alam) yang diterbitkan pada 24 November 1859. Dalambuku ini dikemukakan dua teori pokok, yaitu:1) Spesies yang hidup sekarang berasal dari spesies-spesies
yang hidup di masa silam.2) Evolusi terjadi melalui seleksi alam.
Dua teori utama Darwin merupakan hasil pengamatanDarwin sebagai berikut:
Pengamatan ke-1, setiap spesies mempunyai potensial fertilisasiyang besar sehingga ukuran populasinya akan meningkat secaraeksponensial bila setiap individu yang dilahirkan berhasilmelakukan percobaan.
Pengamatan ke-2, ukuran populasi cenderung menjadi stabilkecuali fluktuasi musiman.
Pengamatan ke-3, sumber daya alam terbatas.
Pengamatan ke-4, individu-individu populasi sangat bervariasidalam hal ciri-ciri tubuh, namun tidak ada dua individu yangbenar-benar sama.
Pengamatan ke-5, kebanyakan variasi diwariskan padaketurunannya.
Setelah Darwin menyelesaikan perjalanannya dan kembalike Inggris, ia banyak mempelajari geologi, terutama tentangfosil. Buku yang berpengaruh besar terhadap Darwin adalahPrinciples of Geology (Prinsip-Prinsip Geologi) karangan CharlesLyell.
Setelah mempelajari buku tersebut, Darwin berkesimpulanbahwa:1) deretan fosil yang terdapat di batuan muda berbeda
dengan fosil pada batuan yang lebih tua.2) perbedaan itu disebabkan adanya perubahan secara
perlahan-lahan.
Darwin juga mempelajari buku mengenai hubunganekonomi dan penduduk dunia di antaranya buku karanganThomas R. Malthus (1766-1834) yang berjudul An Essay on ThePrinciple of Population, dimana Malthus berpendapat bahwakenaikan jumlah penduduk cenderung lebih cepat daripadakenaikan produksi pangan. Oleh karena itu, timbul masalahbagi manusia dalam menyelamatkan diri dari bahayakelaparan.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
126
3. Perbandingan Teori Evolusi Lamarck, Weismann,dan Darwin
a. Teori Evolusi Lamarck Vs Teori Evolusi Darwin
Teori Evolusi Lamarck berisi dua gagasan utama, yaitu:1. Gagasan use and disuse (digunakan dan tidak digunakan)
bagian tubuh yang digunakan secara intensif untukmenghadapi suatu lingkungan tertentu akan menjadi besardan kuat. Sementara itu, bagian tubuh yang jarangdigunakan akan mengalami kemunduran.
2. Sifat atau ciri-ciri dari lingkungan dapat diwariskan kepadaketurunannya.
Contoh teori ini adalah evolusi pada jerapah berleherpanjang. Menurut Lamarck, nenek moyang jerapah sebenarnyaberleher pendek. Jerapah yang berleher pendek menjulurkanlehernya untuk mencapai makanannya pada daun-daun cabangpohon yang tinggi. Oleh karena itu, leher jerapah menjadi panjang.Sifat leher jerapah yang panjang tersebut akan diwariskan padaketurunannya. Dengan demikian, semua jerapah berleher panjang.
Sebaliknya, menurut Darwin, evolusi terjadi melalui seleksialam dengan adanya adaptasi makhluk hidup. Darwinberpendapat bahwa nenek moyang jerapah terdiri atas jerapahyang berleher panjang dan jerapah berleher pendek. Karenamakanan jerapah adalah daun-daunan di pohon yang tinggi,maka hanya jerapah berleher panjang yang dapatmenjangkaunya. Jerapah berleher pendek tidak dapatmenjangkau daun-daun di pohon yang tinggi tersebut sehinggakekurangan makanan dan akhirnya mati.
Gambar 7.5Perbandingan proses evolusijerapah menurut Lamarckdan Darwin
TEORI LAMARCK
Apa pendapatmu tentangteori evolusi Lamarck danDarwin?Diskusikan dengan temansebangkumu.
Moyang jerapah mungkinberleher pendek
Jerapah-jerapah ini selalu berusaha mencapaidaun-daun yang tinggi, sehingga lehernya
seringkali “tertarik” ke arah memanjang
Akhirnya, keturunan berikutnya, leherjerapah lebih panjang dari moyangnya
TEORI DARWIN
Panjang leher jerapah bervariasi ada yangpendek dan ada yang panjang
Yang berleher pendek mati. Hanya jerapahberleher panjang saja yang menghasilkan
keturunan baru
Hanya jerapah berleher panjang saja yangmempunyai kelangsungan hidupS
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Bab 7 Evolusi
127
b. Teori Darwin Vs Teori Weismann
Sebenarnya, Weismann tidak menentang pandanganDarwin, tetapi lebih menjelaskan pandangan Darwin mengenaiseleksi alam.
Weismann berpendapat bahwa perubahan sel tubuhkarena pengaruh lingkungan tidak akan diwariskan kepadaketurunannya. Evolusi menyangkut bagaimana pewarisan gen-gen melalui sel-sel kelamin, artinya evolusi adalah gejala seleksialam terhadap faktor-faktor genetika.
Sifat leher panjang atau pendek jerapah dikendalikan olehgen. Gen untuk leher panjang bersifat dominan. Sedangkan,gen untuk leher pendek adalah resesif. Karena jerapah berleherpendek tidak mampu beradaptasi dengan lingkungan, makajerapah ini akan punah.
c. Teori Evolusi Lamarck Vs Teori Evolusi Weismann
Lamarck berpendapat bahwa makhluk hidup beradaptasiterhadap lingkungannya melalui perubahan pada organtubuhnya. Kemudian, sifat atau fungsi organ tersebutdiwariskan kepada keturunannya.
Menurut Lamarck, nenek moyang menjangan tidakbertanduk. Namun, dikarenakan sering mengadu kepala, makatanduk tumbuh di kepala menjangan.
Teori Lamarck ditentang oleh Weismann. Weismannberpendapat bahwa perubahan sel-sel tubuh akibat pengaruhlingkungan tidak diwariskan pada keturunannya.
Weismann membuktikan teorinya dengan mengawinkandua ekor tikus yang masing-masing ekornya telah dipotong.Kemudian, anak-anak yang sudah dewasa dipotong ekornyadan dikawinkan dengan sesamanya. Hasilnya tetap anak-anaktikus yang berekor. Percobaan ini dilakukan hingga 21 generasitikus dan hasilnya tetap sama.
Petunjuk EvolusiCBenarkah evolusi itu ada? Apa yang menjadi petunjuk
adanya evolusi itu? Evolusi dapat dilihat dari dua segi, yaitusebagai proses historis, dan bagaimana proses itu terjadi. Untukmenunjukkan bukti bahwa evolusi itu ada, kamu dapatmelakukan pendekatan terhadap kenyataan saat ini.
Beberapa kenyataan tersebut, adalah:1) adanya variasi di antara individu-individu dari suatu
keturunan2) adanya fosil di berbagai lapisan bumi3) adanya homologi organ-organ pada makhluk hidup
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
128
1. Variasi Individu dalam Satu Keturunan
Di dunia ini tidak dijumpai dua individu yang identik sama.Bahkan anak kembar pun pasti mempunyai suatu perbedaan.Jadi, antara individu dalam satu spesies pun terdapat variasi.Hal ini terjadi, karena pengaruh berbagai faktor, seperti suhu,tanah, dan makanan.
Seleksi terhadap jenis hewan dan tumbuhan selamabertahun-tahun menghasilkan varian yang jauh berbedadengan nenek moyangnya.
Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa adanyavariasi merupakan petunjuk adanya evolusi yang menujuterbentuknya spesies-spesies baru.
2. Adanya Fosil
Fosil berasal dari bahasa Latin fossilis, artinya menggali.Istilah fosil diartikan sebagai sisa-sisa binatang dan tumbuhanyang telah membatu.
Fosil merupakan catatan sejarah penting sebagai petunjukadanya evolusi. Dengan membandingkan struktur tubuhhewan masa lampau yang telah menjadi fosil dengan hewansekarang dapat disimpulkan bahwa keadaan lingkungan dimasa lampau berbeda dengan sekarang.
Tokoh yang mempelajari fosil dan hubungannya denganevolusi adalah:a) Leonardo da Vinci (Italia 1452-1519). Orang yang pertama
kali berpendapat fosil merupakan bukti adanya makhlukhidup di masa lampau.
b) George Cuvier (Perancis 1769-1832) merupakan ahlianatomi perbandingan. Ia mengadakan studi perbandinganantara fosil-fosil dari berbagai lapisan bumi dan makhlukhidup yang ada sekarang. Cuvier menyimpulkan bahwapada masa tertentu telah diciptakan makhluk-makhlukhidup yang berbeda dari masa ke masa. Setiap masa diakhirikehancuran alam. Paham ini dikenal dengan kataklisma.
c) Darwin mengatakan bahwa makhluk hidup pada lapisanbumi tua mengadakan perubahan bentuk untukmenyesuaikan diri dengan lapisan bumi yang lebih muda.Oleh sebab itu, fosil pada lapisan bumi muda berbedadengan fosil di lapisan bumi tua.
4) adanya embriologi perbandingan5) adanya perbandingan fisiologi6) adanya petunjuk biokimia7) adanya sisa alat-alat tubuh
Untuk lebih memahami, mari cermati uraian berikut ini.
Gambar 7.6Leonardo da Vinci
Gambar 7.7George Cuvier
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
idS
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Bab 7 Evolusi
129
Gambar 7.8Evolusi kuda dimulai dari60 juta tahun yang lalu hinggasekarang
Fosil-fosil jarang ditemukan dalam keadaan lengkap (utuh),umumnya merupakan suatu bagian atau beberapa bagiantubuh makhluk hidup. Faktor-faktor yang menyebabkanjarang ditemukan fosil dalam keadaan lengkap, yaitu:1) terjadinya lipatan batuan bumi;2) pengaruh air, angin, dan bakteri pembusuk;3) hewan pemakan bangkai;4) jenis organisme, ada organisme yang tidak mungkin
menjadi fosil, misalnya Amoeba;5) keadaan lingkungan yang tidak memungkinkan suatu
bagian tubuh organisme menjadi fosil.
a. Penemuan fosil kuda
Fosil paling lengkap di berbagai lapisan bumi adalah hasiltemuan penyidik Amerika, Marsh, dan Osbom berupa fosil kuda.Perubahan yang ditunjukkan fosil-fosil kuda merupakanpetunjuk kebenaran evolusi, yaitu perubahan secara berangsur-angsur dalam jangka waktu lama yang disebabkan oleh padasetiap zaman geologi ditemukan fosil-fosilnya secara lengkap.Fosil jenis kuda pertama diperkirakan hidup puluhan juta tahunyang lalu.
Kuda pertama hidup kira-kira 60 juta tahun yang lalu padazaman Eosin. Oleh para ahli, kuda pertama ini diberi namaHyracotherium (Eohippus). Dari kerangka fosil diketahui bahwakuda ini hanya sebesar kucing. Jumlah jari kaki belakangnyatiga. Jika dibandingkan Hyracotherium (Eohippus) dengan Equus(kuda zaman sekarang) tampak sekali perbedaannya. DariGambar 7.8, kamu dapat mempelajari bagaimana proses evolusikuda berlangsung. Teori evolusi ditunjukkan dengan sederetanfosil yang ditemukan dalam lapisan bumi tua ke muda yangmenunjukkan perubahan secara berangsur-angsur.
Eohippus
Hyracotherium60 juta tahun
yang lalu
↓Mesohippus40 juta tahun
yang lalu
↓Meryhippus
30 juta tahunyang lalu
↓Pliohippus
10 juta tahunyang lalu
↓Equus
yang lalu
Eohippus (Eosin)
Mesohippus (Oligosin)
Merychippus (Miosin)
Pliohippus (Pliosin)
Equus (Pleistosin)
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
130
Tabel 7.2 Perubahan yang Terjadi dari Eohippus hingga Equus
No. Bagian Tubuh Perubahan
1. Tubuh makin besar, semula (Eohippus = Hyracotherium) sebesar kucing, kinisebesar Equus seperti sekarang
2. Kepala makin besar, jarak mulut dengan mata makin jauh.
3. Leher makin panjang
4. Geraham muka makin besar, bentuknya makin sesuai untuk memakandan belakang rumput-rumputan
5. Kaki depan makin panjang, gerakan makin lincah dan larinya makin cepat, gerakandan belakang gerakan rotasi tubuh menjadi mundur
6. Jari kaki (kuku) dari lima jari menjadi satu, yaitu tinggal jari tengah, bentuknya makinpanjang, jari kedua dan keempat berupa organ rudimenter yang tidakberfungsi lagi
b. Cara menentukan umur fosil
Fosil dapat digunakan sebagai petunjuk kehidupan masalalu. Umumnya, fosil tertimbun di lapisan tanah tertentu padamasa lalu. Untuk menentukan umur fosil pada lapisan tanahtersebut para ahli menggunakan analisis radioaktif.
Unsur radioaktif yang sering digunakan untuk menentukanumur fosil adalah uranium, kalium, dan natrium. Unsururanium mengalami radiasi spontan yang menyebabkanmassanya berkurang terus sampai akhirnya menjadi plumbum(Pb) 206 yang stabil. Perubahan dari uranium (U) menjadiplumbum (Pb) memerlukan waktu 7.600.000.000 tahun. Hal iniberarti, jika di dalam fosil diketahui kadar Pb nya, makaumurnya dapat dihitung dengan rumus:
Umur fosil = ––––––––––––––––––– × 7.600.000.000 tahun
Selain uranium, perubahan kalium (K) menjadi argon (Ar)sering digunakan untuk menentukan umur fosil. Perubahan Kmenjadi Ar memerlukan waktu 600 juta tahun. Hal ini berarti,fosil atau batuan yang dapat dianalisis adalah fosil yangberumur hingga 600 juta tahun. Lebih dari 600 juta tahunmenggunakan uranium.
Unsur lain yang digunakan adalah Nitrogen 14 (N14) yangmengalami perubahan menjadi karbon radioaktif C14. Waktuyang digunakan untuk mengubah N14 menjadi C14 adalah24.000 tahun. Hal ini berarti, fosil yang dapat dianalisis denganmetode ini adalah fosil yang berumur maksimal 24 ribu tahun.
banyaknya Pbbanyaknya U
Bab 7 Evolusi
131
Apabila kamu mengamati struktur organ tubuh dariberbagai jenis hewan, maka kamu dapat menemukan hal yangmenarik, yaitu organ-organ tubuh yang mempunyai bentuk danfungsi berbeda, tetapi mempunyai bentuk dasar sama. Peristiwaini, dikenal dengan Homologi.
Contoh homologi adalah anggota tubuh depan darimanusia dipakai untuk memegang. Sedangkan, pada burungdan kelelawar anggota tubuh depan untuk terbang, kaki depanbuaya dan salamander untuk berjalan, sirip dada ikan dan pausuntuk berenang. Organ-organ tersebut memiliki bentuk dasaryang sama, tetapi dengan adanya evolusi, organ-organ tersebutmenjadi berbeda. Akibatnya, terjadi perubahan adaptasi yangberbeda sehingga fungsinya menjadi berbeda.
3. Homologi Alat-alat Tubuh Berbagai MakhlukHidup
Adanya homologi organ ini menunjukkan perkembanganevolusi konvergensi. Contohnya:a) Sayap kupu-kupu analogi dengan sayap burung, keduanya
berfungsi untuk terbang.b) Sayap kelelawar analogi dengan sayap burung, keduanya
berfungsi untuk terbang.
Gambar 7.9Homologi anggota tubuhdepan berbagai hewan
Burung
Kalong
KudaManusia
Ikan paus
Pola anggotatubuhprimitif
Bangsakadal
Katak
Kucing
Apakah yang dimaksuddengan evolusi konvergen?Diskusikan dengan temansebangkumu.
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
132
Kupu-kupu
Sari
Elang KelelawarPteranodon
4
2 31
TulangPteroid
Humerus
Radiusdanulna
Radiusdanulna
Humerus
Sari1
2 3
Radiusdan ulna
(menyatu)
4
3
2
1
Humerus
Sari
5
Gambar 7.10Analogi pada sayap kupu-kupu, kelelawar, dan burung
A = atriumV = vena
ADA S AD A S
VD V S VD V S
AD A S
D = dekstor (kanan)S = smister (kiri)
Arteri karotis Arteri karotis
Aorta dorsalis Arteri pulmonalis Aorta dorsalis Aorta pulmonalis
Ikan Amfibi Reptil Burung Mamalia
Duktus urogenetalis
Kandungkencing
Ginjal
Oviduk
Ginjal
Kandungkencing
Ovum
Ovarium
Vasa deferens Ureter
Vasa aferensKandung kencing(tidak ada pada burung)
Ovum
OvariumGinjal
Kandungkencing
Kulit telurAlbumen(zat putih telur)
KloakaKloaka
Bila dibandingkan tulang-tulang anggota tubuh depanmulai dari ikan, katak, kadal, burung, mamalia hingga manusiatampak adanya perubahan-perubahan yang disesuaikan denganfungsinya.
Selain pada alat gerak, homologi juga dijumpai pada sistemsirkulasi dan urogenitalis vertebrata dari ikan hingga mamalia.
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
(a)
Bab 7 Evolusi
133
4. Embriologi Perbandingan
Perkembangan embrio semua vertebrata memperlihatkankemiripan yang lebih banyak daripada hewan dewasa. Hal initerlihat jelas pada pembelahan, morfogenesis, dan tahapdiferensiasi awal. Persamaan ini sering digunakan sebagai buktihubungan evolusi antara vertebrata. Hewan mempunyai embrioyang menyerupai embrio leluhurnya. Jadi, tahap embrio hewanyang berbeda-beda dapat lebih mirip satu sama lainnya daripadahewan dewasa.
Kelenjar prostatVasa oviduk
Ginjal
Vasa eferens
Uretra
Rektum
Testis
Ovum
Ovarium Kandungkencing
Uretra
Oviduk Rektum
Vagina
Gambar 7.11(a) Homologi pada sistemsirkulasi vertebrata(b) Homologi pada sistemurogenitalia vertebrata
Keterangan1. mata2. telinga3. celah insang4. korda dorsalis5. insang dalam6. tungkai depan7a. sirip belakang7b. tungkai belakang8. calon paru-paru9. plastron10. karapaks11. sirip dada12. tangan13. kaki depan14. sayap15. sirip ekor16. ekor
Gambar 7.12Perkembangan embrioberbagai jenis vertebrata
5. Perbandingan Biokimia
Semua spesies mewarisi sifat-sifat dari nenek moyangnya.Jenis dan jumlah sifat yang sama merupakan petunjuk jauhdekatnya hubungan kekerabatan. Hal ini juga terjadi padapewarisan sifat biokimia. Kamu telah mengetahui bahwa DNAsetiap spesies mengandung instruksi untuk sintesis RNA danprotein yang penting untuk menghasilkan individu baru.Perbandingan DNA, RNA dan protein merupakan cara untukmengevaluasi hubungan evolusi di antara spesies.
Perbandingan asam nukleat. Perubahan yang unik padaurutan nukleotida dapat terakumulasi pada tiap-tiap garisketurunan. Jauh dekatnya hubungan kekerabatan antarspesiesdapat diketahui dengan melihat komplementasi (perpasanganbasa) antara rantai DNA atau RNA pada spesies yang disebuthibridisasi asam nukleat.
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
(b)
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
134
6. Perbandingan Fisiologi
Makhluk hidup mulai dari terendah hingga yang palingtinggi tersusun atas sel. Walaupun jumlah sel dan morfologisetelah dewasa berbeda-beda, namun fisiologi di dalam selnyamemiliki kemiripan, seperti:a) Metabolismeb) Respirasic) sintesis proteind) sintesis ATP dan penggunaannya dalam aktivitas hidup
Pada berbagai jenis hewan termasuk manusia ditemukansisa berbagai alat tubuh. Alat ini pada hakikatnya sudah tidakberguna lagi, namun masih djumpai dalam tubuh. Para pakarmenyimpulkan bahwa adanya alat-alat tubuh yang tersisamerupakan petunjuk adanya evolusi. Beberapa sisa alat tubuhyang ditemukan pada manusia, antara lain:a) umbai cacing atau appendiksb) selaput mata pada sudut mata sebelah dalamc) otot penggerak telingad) tulang ekore) gigi taring yang runcingf) rambut pada dadag) buah dada pada laki-laki
Pada hewan, sisa-sisa organ tubuh yang masih ditemukanantara lain sisa kaki belakang ular piton yang mirip benjolankuku. Dalam organ ini terdapat tulang yang berhubungandengan gelang panggul. Pada burung kiwi terdapat sisabangunan sayap. Pada paus yang merupakan mamaliasemestinya memiliki rambut pada kulitnya. Tetapi kenyataannyasemua paus tidak memiliki rambut tersebut. Sebagai gantinyapaus memiliki lapisan kulit yang tebal untuk menjaga stabilitassuhu tubuh, berdasarkan penelitian, embrio paus mempunyailapisan kulit yang mengandung rambut.
7. Petunjuk Alat Tubuh yang Tersisa
MekanismeEvolusi
D Evolusi merupakan perubahan makhluk hidup dalamjangka waktu yang lama dan berlangsung perlahan-lahan.Perubahan ini terjadi dalam satu populasi dan diturunkan darigenerasi ke generasi.
Dalam suatu lingkungan, sifat-sifat genetik menentukankeanekaragaman makhluk hidup, keanekaragaman ini meliputistruktur, tingkah laku, dan lain-lain. Jika terjadi perubahan materi
Gambar 7.13Tulang ekor pada manusia
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Tulangleher
Tulangdada
Tulangpinggang
Tulangekor
Bab 7 Evolusi
135
Mutasi gen adalah perubahan kimia gen (DNA) yang dapatmenyebabkan terjadinya perubahan sifat suatu organisme yangbersifat menurun. Mutasi dapat terjadi dengan adanyapengaruh luar dan tanpa pengaruh faktor luar. Mutasi yangterjadi tanpa pengaruh faktor luar mempunyai dua sifat, yaitusangat jarang terjadi, dan umumnya tidak menguntungkan.
Umumnya, mutasi jarang terjadi dan tidak menguntung-kan. Mutasi merupakan mekanisme evolusi yang penting dandapat membentuk spesies baru. Untuk mengetahui hal ini, perluangka laju mutasi, yaitu angka yang menunjukkan jumlah genyang mutasi dari seluruh gamet yang dihasilkan oleh suatuindividu dari suatu spesies.
Angka laju mutasi suatu spesies umumnya sangat rendahkarena faktor-faktor yang menyebabkan mutasi tidak dapatdiramalkan secara pasti. Angka laju mutasi berkisar antara satugen di antara dua ribu sampai jutaan gamet, atau rata-rata1 : 100.000, artinya dalam setiap 100.000 gamet terdapat satugen yang mampu bermutasi. Jadi, angka laju mutasi sangat kecil,tetapi merupakan mekanisme yang penting, karena:a) setiap gamet mengandung beribu-ribu gen;b) setiap individu menghasilkan ribuan sampai jutaan gamet
dalam satu generasi; danc) jumlah generasi suatu spesies selama spesies itu ada banyak
sekali.
Angka laju mutasi yang menguntungkan lebih kecil daripada angka laju mutasi yang merugikan, yaitu perbandinganantara 1 dan 1.000, artinya dari 1.000 mutasi yang terjadi, satudi antaranya mutasi yang menguntungkan. Walaupun mutasiyang menguntungkan ini kecil, karena jumlah generasi selamaspesies itu ada sangat besar, maka jumlah mutasi yangmenguntungkan besar pula. Hasilnya, seperti pada contoh soalberikut:1) angka laju mutasi per gen adalah 1 : 100.0002) jumlah gen dalam individu yang mampu bermutasi adalah
1.0003) perbandingan antara mutasi menguntungkan dengan
mutasi yang terjadi adalah 1 : 1.0004) jumlah populasi spesies adalah 300.000.0005) jumlah generasi selama spesies itu ada adalah 6.000
1. Mutasi Gen
genetik, maka terjadi perubahan sifat pada keturunan-keturunannya. Hal ini menyebabkan munculnya spesies baru.Perubahan materi genetik ini disebut mutasi. Evolusi terjadi karenaadanya mutasi dan seleksi alam. Mari cermati uraian berikut ini.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
136
Berapa hasil mutasi yang menguntungkan selama spesiesitu ada?
Jawab:1) Jumlah mutasi yang menguntungkan yang mungkin terjadi
pada setiap individu: 1/100.000 × 1.000 × 1/1.000 =1/100.000.
2) Dalam setiap generasi akan terjadi mutasi gen yangmenguntungkan 1/100.000 × 300.000.000 = 3.000.
3) Selama spesies itu ada, yaitu 6.000 generasi, mutasi yangmenguntungkan adalah 3.000 × 6.000 = 18.000.000.
Jadi, jelas bahwa mutasi yang menguntungkan selamaperiode evolusi tertentu cukup besar. Sehingga, kemungkinandihasilkannya spesies yang adaptif menjadi besar pula.
Yang termasuk mutasi yang menguntungkan adalahdihasilkannya spesies yang adaptif dan memiliki vitalitas danviabilitas tinggi. Sedangkan, mutasi yang merugikan adalahdihasilkannya gen letal yang menimbulkan mutasi letal.Dihasilkan keturunan yang mempunyai viabilitas danfertilitasnya rendah dan keturunan yang tidak adaptif.
Gen-gen mutan yang merugikan, umumnya bersifat resesifsehingga peristiwa mutasi hanya akan tampak apabila dalamkeadaan heterozigot. Hal ini menunjukkan bahwa seleksi alamhanya bekerja terhadap individu homozigot.
a. Frekuensi gen dan genotip di dalam populasi
Frekuensi gen adalah perbandingan antara gen ataugenotip yang satu dengan gen atau genotip yang lain di dalamsatu populasi. Misalnya, dalam suatu daerah terdapat populasitanaman berbunga merah MM dan tanaman berbunga putihmm, yang sama-sama adaptif. Apabila diadakan persilangan,maka akan diperoleh tanaman dengan fenotip dan genotiptertentu (lihat Diagram 7.1).
Diagram 7.1 Frekuensi Gen dalam Populasi F2
P : MM × mm
F1 : Mm = 100%
Gamet : M = 50% m = 50%
F2 50% M 50% m
50% M 25% MM 25% Mm
50% m 25% Mm 25% mm
Bab 7 Evolusi
137
Berdasarkan Diagram 7.1, tampak jelas bahwa frekuensigen pada F2 adalah:
= 25% MM : 2(25% Mm) : 25% mm= 25% MM : 50% Mm : 25% mm= ¼ MM : ½ Mm : ¼ mm
Berdasarkan hasil tersebut, maka frekuensi kesetimbangangenotip F2 = hasil kali dari frekuensi gen dari masing-masinginduknya, atau (M + m) (M + m) = M2 + 2 Mm + m2 atau MM+ 2 Mm + mm
Apabila dicari frekuensi gen sampai F3, maka akandiperoleh frekuensi perkawinan seperti pada Diagram 7.2.
Diagram 7.2 Frekuensi Perkawinan dari F2
¼ MM ½ Mm ¼ mm
¼ MM 1/6 MM × MM 2/16 MM × Mm 1/16 MM × mm
½ Mm 2/16 Mm × MM 4/16 Mm × Mm 2/16 Mm × mm
¼ mm 1/16 mm × MM 2/16 mm × Mm 1/16 mm × mm
Diagram di atas menunjukkan perbandingan kemung-kinan terjadi perkawinan antara jantan dan betina di dalamseluruh populasi F3.
Apabila dalam populasi tersebut terjadi 32 perkawinan,maka:a) perkawinan antara MM × MM = 32 × 1/16 = 2 perkawinan,b) perkawinan antara Mm × Mm = 32 × 4/16 = 8 perkawinan,c) perkawinan antara Mm x mm = 32 × 2/16 = 4 perkawinan.
Apabila setiap perkawinan menghasilkan 10 individu,maka kamu dapat membuat tabel hasil dari seluruhperkawinannya tersebut (Lihat Tabel 7.6).Tabel 7.6 Perkawinan Jumlah Individu dari Seluruh Perkawinan
No.Tipe Jumlah
Jumlah Individu
Perkawinan PerkawinanDiagram Genotip
MM Mm mm
1. MM × MM 1/16 × 32 = 2 20 - -
2. MM × Mm 2/16 × 32 = 4 20 20 -
3. MM × mm 1/16 × 32 = 2 - 20 -
4. Mm × MM 2/16 × 32 = 4 20 20 -
5. Mm × Mm 4/16 × 32 = 8 20 20 20
6. Mm × mm 2/16 × 32 = 4 - 20 20
7. mm × MM 1/16 × 32 = 2 - 20 -
8. mm × Mm 2/16 × 32 = 4 - 20 20
9. mm × mm 1/16 × 32 = 2 - - 20
Jumlah 32 80 160 80(25%) (50%) (25%)
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
138
Hukum Hardy-Weinberg menegaskan bahwa frekuensi aleldan genetik dalam suatu populasi (gene pool) selalu konstandari generasi ke generasi dengan kondisi tertentu. Hal ini,dikemukakan oleh Godfrey Harold Hardy (ahli matematikadari Inggris) dan Wilhelm Weinberg (dokter dari Jerman).
Kondisi yang dimaksud oleh Hukum Hardy-Weinbergadalah:1) Ukuran populasi harus besar
Pada populasi yang kecil, aliran genetik (genetic drift)merupakan kesempatan fluktuasi dalam gene pool dan dapatmengubah frekuensi alel. Jadi, ukuran populasi harus besar agarfrekuensi alel dalam gene pool selalu konstan.
2) Ada isolasi dari populasi lain (tidak ada imigrasi danemigrasi)Arus gen (gene flow) merupakan transfer alel antarpopulasi
yang berhubungan dengan perpindahan individu atau gametyang dapat merubah gene pool.
3) Tidak terjadi mutasiPerubahan satu alel menjadi alel lainnya, mengakibatkan
mutasi, hal ini dapat mengubah gene pool.
4) Perkawinan acak (random)Jika individu-individu memilih pasangannya dengan sifat-
sifat tertentu (yang diturunkan), maka pencampuran secaraacak gamet-gamet seperti yang diharapkan pada keseimbanganHardy-Weinberg tidak dapat terjadi.
5) Tidak terjadi seleksi alamKeberhasilan mempertahankan hidup dan reproduksi
dapat mengubah gene pool karena mendukung adanyaperpindahan beberapa alel dengan mengorbankan alel lainnya.Formulasi hukum Hardy-Weinberg dapat dijelaskan berikut ini.
Pada suatu lokus, gen hanya mempunyai dua alel dalamsatu populasi. Apabila gen A = p, dan gen a = q, maka secaramatematis menurut hukum Hardy - Weinberg hasil perkawinanAa × Aa = F2 dapat dituliskan sebagai berikut:
2. Hukum Hardy-Weinberg
Berdasarkan tabel tersebut tampak bahwa, kesetimbanganfrekuensi genotip MM : Mm : mm pada generasi ketiga (F3) tetapseperti F2, yaitu MM : Mm : mm = 25 : 50 : 25 = ¼ : ½ : ¼.
Gambar 7.14Godfrey Harold Hardy
Gambar 7.15Wilhelm Weinberg
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
idS
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Bab 7 Evolusi
139
Aa × Aa masing-masing membuat gamet ½ A dan ½ a,akan menghasilkan frekuensi genotip anak sebagai berikut:
(½ A + ½ a) (½A + ½a) = ¼ AA + ½ Aa + ¼ aa.
Apabila A diganti p dan a diganti q, maka:(½ A + ½ A) (½ A + ½ A)
= (½ p + ½ q) (½ p + ½ q)= (¼ p2 + ½ pq + ¼ q2)= p2 + 2pq + q2
Jadi, resiko genotip = p2 : pq : q2 = 1 : 2 : 1 karena A + a = 1,maka p + q = 1, dan p2 + 1pq + q2 = 1.
Diagram persilangan dapat disusun sebagai berikut:
A = p a = q
A = p AA = p2 Aa = pq
a = q Aa = pq aa = q2
p2 : tanaman homozigot dominanpq : tanaman heterozigotq2 : tanaman homozigot resesif
Cara mencari frekuensi gen
Jika dalam suatu populasi diketahui frekuensi genotipnya,maka frekuensi gennya dapat dicari. Contohnya, frekuensigenotip aa dalam suatu populasi 0,25. Tentukan frekuensi genA : a serta frekuensi genotip AA, Aa, dan aa.
Jawab:Frekuensi gen a = aa = 0,25 = 0,5Jumlah frekuensi gen A + a = 1Jadi, frekuensi gen A = 1 - 0,5 = 0,5Frekuensi genotip AA : Aa : aa =(0,5 A + 0,5a) (0,5 A + 0,5 a) =0,25 AA : 0,50 Aa : 0,25 aa.
Penerapan hukum Hardy-Weinberg untuk menghitungfrekuensi gen dalam populasi sebagai berikut:
1. Dalam suatu populasi terdapat kelompok perasa pahitkertas PTC (phenil thiocarbamide) sebesar 64%, sedangkanyang lainnya bukan perasa PTC. Bukan perasa PTCdikendalikan oleh gen t dan perasa PTC dikendalikan olehgen T. Tentukan frekuensi gen dan genotip populasi orangPTC dan non PTC.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
140
Jawab:Jumlah PTC dan non-PTC = 100%orang PTC (genotip TT atau Tt) = 64%Frekuensi orang tidak perasa PTC (bergenotip tt = q2) =100% – 64% = 36%q2 = 36% = 0,36
maka frekuensi gen t = q = 0,36 = 0,6
T + t = 1, makafrekuensi T = 1 – 0,6 = 0,4frekuensi T : t = 0,4 : 0,6frekuensi gentotip TT : Tt : tt= (T + t) (T + t)= (0,4 T + 0,6 t) (0,4 T + 0,6 t)= 0,16 TT + 2(0,24 Tt) + 0,36 tt= 0,16 TT + 0,48 Tt + 0,36 tt
Jadi, frekuensi genotip TT : Tt : tt = 16 : 48 : 36 = 4 : 12 : 9
Untuk mencari frekuensi gen, coba kamu cari dahulufrekuensi individu yang bergenotip homozigot resesif, sebabgenotif dominan bisa bergenotip TT atau Tt.
2. Diketahui frekuensi orang albino pada suatu masyarakatadalah 25 di antara 10.000 orang. Berapa persentase orangpembawa sifat albino yang heterozigot?
Jawab:Orang albino aa (q2)q2 = 25/10.000 = 0,0025q = 0,0025
= 0,05p + q = 1p + 0,05 = 1 → p = 1 – 0,05 = 0,95Orang pembawa sifat albino dinotasikan dengan 2 pq
= 2(0,95 × 0,05)= 0,0475= 0,0475 × 100%= 4,75%
Bab 7 Evolusi
141
Saat ini, telah diketahui beberapa faktor penting yangmenyebabkan perubahan keseimbangan genetik di dalam suatupopulasi. Faktor-fakor tersebut, antara lain: mutasi, seleksi alam,emigrasi dan imigrasi, rekombinasi dan seleksi, dan genetic drift.Untuk lebih mengetahui, mari cermati uraian berikut ini.
a. Mutasi
Apabila ada satu atau beberapa gen yang bermutasi, makaakan terjadi perubahan keseimbangan gen-gen dalam suatupopulasi.
Contoh:Gen b yang mempengaruhi rambut tikus berwarna putihadalah normal. Kemudian, bermutasi menjadi gen B yangmenyebabkan rambut tikus berwarna kuning. Gen inimenyebabkan letal apabila dalam keadaan homozigot BB.
Maka:P Bb × Bb
(kuning) (kuning)
F BB Bb Bb bb1 1 1 1
2Letal kuning putih
Dengan demikian, rasio genotip yang dihasilkan Bb : bb =2 : 1, karena BB letal.
b. Seleksi alam
Di danau buatan di Amerika Serikat pernah ditemukanjenis katak berkaki banyak dan jenis katak normal. Katak yangberkaki banyak fertilitasnya rendah atau mandul dan bersifatresesif. Sedangkan, katak berkaki normal mempunyai fertilitasnormal dan bersifat dominan. Karena katak berkaki banyakbersifat mandul, maka katak ini dapat dihasilkan dariperkawinan antara katak berkaki normal heterozigot.
Jadi, apabila katak berkaki normal heterozigot (Nn)dikawinkan dengan yang berkaki normal Nn, maka akandihasilkan rasio keturunannya, sebagai berikut:
P Nn >< NnF NN : (Nn + Nn) : nn
25% : 50% : 25%
3. Perubahan Perbandingan Frekuensi Gen padaPopulasi
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
142
Katak yang bergenotif nn adalah mandul sehingga yangmampu menghasilkan keturunan yang bergenotif NN dan Nn,atau 75% dari seluruh populasi.
c. Emigrasi dan imigrasi
Spesies yang menghuni daerah terpisah oleh geografistertentu, misalnya lautan. Keadaan ini tidak memungkinkanterjadinya perpindahan secara normal dari satu daerah kedaerah yang lain.
Sebagai contoh, spesies Xylocopa nobilis (kumbang kayu)yang dapat kamu temukan di berbagai daerah di Pulau Sulawesidan sekitarnya. Kumbang-kumbang tersebut menunjukkanperbedaan genetik.
d. Rekombinasi dan seleksi
Rekombinasi gen merupakan mekanisme penting untukterjadinya evolusi. Rekombinasi genetik berlangsung melaluiperkembangan generatif. Sehingga, reproduksi seksualmerupakan faktor penting dalam proses evolusi.
Seleksi adalah usaha manusia memilih jenis hewan atautumbuhan sesuai dengan keinginannya. Umumnya yangdiseleksi atau dipilih adalah jenis yang bersifat unggul.
Rekombinasi gen-gen yang terjadi, karena perkawinansilang merupakan suatu bahan mentah evolusi. Berdasarkanrekombinasi ini dimungkinkan terbentuknya varietas baru.
Setiap populasi terdiri atas kumpulan individu sejenis danmenempati suatu lokasi yang sama. Suatu individu dapatdisebut anggota populasi apabila individu tersebut satu spesiesdengan individu lainnya. Individu berbeda masih dapat disebutsatu spesies apabila variasi-variasi yang ada tidak menjadipenghalang terjadinya pertukaran gen. Pertukaran gen inidapat terjadi melalui proses interhibridasi (persilangan). Jadi,perbedaam morfologi, fisiologi maupun tingkah laku tidakdapat dijadikan sebagai alasan untuk memisahkan dua populasimenjadi dua spesies yang berbeda. Terbentuknya spesies baruini terjadi karena adanya isolasi geografi, isolasi reproduksi,domestikasi dan poliploidi. Untuk mengetahui prosesterbentuknya spesies baru, mari cermati uraian berikut ini.
a. Isolasi geografi
Apabila beberapa varietas baru hasil dari suaturekombinasi faktor genetik dan spesies tertentu menghunitempat yang berlainan, maka mereka akan mengalami
4. Timbulnya Spesies Baru
Bab 7 Evolusi
143
perubahan yang mengarah pada terbentuknya spesies baru.Keadaan alam yang terpisah ini menghalangi terjadinyahubungan reproduksi. Hambatan (barrier) seperti ini disebutisolasi geografi.
Isolasi geografi disebabkan oleh kondisi alam, seperti laut,gunung, dan gurun pasir. Isolasi geografi dapat memungkinkanterjadinya pemisahan dua populasi (alapatrih). Dua populasiini dapat terbentuk karena masing-masing populasi terpengaruhakumulasi faktor ekstrinsik yang menyebabkan terjadi isolasifaktor-faktor intrinsik. Hal ini dapat memungkinkan terjadinyaisolasi reproduksi.
b. Isolasi reproduksi
Isolasi reproduksi merupakan hambatan terjadinyaperkawinan silang antara dua spesies simpatrik. Spesiessimpatrik adalah dua spesies berbeda yang tinggal ataumenghuni daerah yang sama. Isolasi reproduksi dapat terjadimelalui isolasi intrinsik. Mekanisme isolasi intrinsik dapat dibagi menjadi tiga macam, yaitu:1) Mekanisme yang mencegah terjadinya perkawinan
sehingga mencegah terjadinya fertilisasi. Isolasi reproduksiyang terjadi karena isolasi intrinsik, antara lain:a) isolasi ekogeografib) isolasi habitatc) isolasi iklim atau musimd) isolasi perilakue) isolasi mekanik
2) Mekanisme yang mencegah terjadinya hibrida. Mekanismeini beroperasi dengan mencegah terbentuknya hibrida.Isolasi reproduksi yang terjadi karena isolasi intrinsik,antara lain:a) isolasi gametb) isolasi perkembanganc) ketidakmampuan hidup suatu hibrida
3) Mekanisme yang mencegah kelangsungan hidup hibrida.Isolasi reproduksi yang terjadi, antara lain:a) kemandulan hibridab) eliminasi hibrida yang selektif
Untuk lebih memahami mekanisme intrinsik, mari cermatiuraian berikut ini.
1) Isolasi ekogeografiBila dua populasi terpisah oleh hambatan fisik sehingga
sulit untuk berhubungan, maka masing-masing populasi akanberkembang menyesuaikan diri dengan lingkungannya. Padasuatu ketika keturunannya akan berbeda, sebab masing-masing
Gambar 7.16Contoh keadaan alam yangmenyebabkan isolasi geografi
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
144
telah mengalami perubahan genetik karena pengaruhlingkungan. Bila suatu ketika dua populasi tersebut berada padasatu lingkungan, tidak akan mampu mengadakan hibridisasi,karena masing-masing tidak mampu menyesuaikan diri padalinkungan yang baru.
Contohnya, tanaman Platanus occidentalis dan Platanus orientalis.Kedua populasi tidak dapat mengadakan penyerbukan secaraalami, apabila dilakukan penyerbukan buatan dan menghasil-kan keturunan ternyata fertil.
2) Isolasi HabitatIsolasi habitat, yaitu isolasi reproduksi yang terjadi akibat dua
populasi simpatrik memiliki habitat berbeda. Contohnya, katakjenis Bufo fowleri habitatnya di air tenang dan Bufo americanus
habitatnya di kubangan-kubangan air hujan.Apabila dua populasi tempat tinggalnya dicampur,masing-masing jenis akan lebih banyak kawindengan sesama jenisnya dibanding perkawinan lainjenis. Apabila terjadi perkawinan lain jenis, ternyataketurunan yang dihasilkannya steril.
3) Isolasi iklim atau musimIsolasi iklim, yaitu isolasi reproduksi yang terjadi apabila
dua spesies simpatrik memiliki masa pemasakan kelamin padamusim yang berbeda. Sebagai contoh, Pinus radiata dan Pinusmuricata yang banyak hidup di beberapa daerah di AmerikaSerikat sebagai populasi simpatrik secara alami tidak pernahmelakukan hibridisasi. Hal yang sama juga terjadi padapopulasi simpatrik katak jenis Rana. Walaupun hidup padadaerah yang sama, tetapi tidak terjadi perkawinan atauhibridisasi lain spesies.
4) Isolasi perilakuIsolasi perilaku, yaitu isolasi reproduksi yang terjadi apabila
dua spesies simpatrik mempunyai pola tingkah laku kawinberbeda. Contohnya, perilaku kawin pada beberapa jenis ikan.Ikan X1 : membuat sarang yang digantungkan pada
tumbuhan lain. Sarangnya memiliki dua lubang,untuk masuk dan untuk keluar. Agar yang betinamasuk ke dalam sarang, si jantan menari-naridengan gerakan zig zag di depan si betina. Dengansedikit dorongan, si betina masuk ke dalam sarang.
Ikan X2 : membuat sarang pada dasar perairan dan hanyamemiliki satu lubang pintu. Agar si betina maumasuk ke dalam sarang, si jantan melakukangerakan perkawinan di muka sarang, selanjutnyamemaksa si betina untuk masuk ke dalam sarang.
Gambar 7.17Contoh isolasi habitata) Bufo fowlerib) Bufo americanus
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
a)b)
Bab 7 Evolusi
145
Perbedaan perilaku kawin pada hewan dapat bersifatvisual, artinya dapat dipertunjukkan dan dapat bersifat auditifatau berupa perbedaan suara. Bentuk perilaku kawin padaberbagai jenis hewan memiliki kekhasan sendiri-sendiri. Padaberbagai jenis, si jantan menarik pasangan dengan warnabulunya, suaranya, dan gerakannya. Untuk mencegahterjadinya keliru pasangan, pada itik jantan memiliki warnatertentu yang mencolok.
Bentuk perilaku hewan yang bersifat visual lainnya adalahberupa gerak. Bentuk ini dijumpai pada burung, kepiting,serangga, dan lain-lain. Kepiting jantan pada masa kawinmenaikkan apit besarnya tinggi-tinggi dan mengangkatbadannya sambil berjalan mengelilingi lubang tempat betina.Cara mengangkat kaki, badan serta gerakan kepiting jantanberbeda-beda. Adanya perilaku yang khas, badan serta gerakankepiting jantan berbeda-beda. Adanya perilaku yang khas iniagar hewan betina tidak salah memilih pasangan kawinnya.Pada jangkrik, hewan jantan menggunakan suara yangberbeda-beda. Hanya hewan betina pasangannya yang sangatmengenal suara hewan jantan pasangannya.
5) Isolasi mekanikIsolasi mekanik, yaitu isolasi reproduksi yang terjadi
apabila dua populasi simpatrik mempunyai bentuk morfologialat reproduksi yang berbeda. Jadi, isolasi mekanik menyangkutstruktur yang menyangkut peristiwa perkawinan. Isolasimekanik pada hewan dapat terjadi, antara lain hewan jenisjantan berukuran jauh lebih besar dari betinanya. Selain itu,struktur alat kelamin jantan tidak sesuai dengan struktur alatkelamin betinanya. Dalam beberapa jenis hewan berlaku apayang disebut sebagai "kunci dan gembok" (Lock and Key).
Pada hewan Myriapoda genus Brochoria, jenis jantannyamemiliki bentuk alat kelamin yang bervariasi. Sedangkan,betinanya mempunyai bentuk yang serupa.
Pada tumbuhan, isolasi mekanik ini pengaruhnya lebihnyata dibanding dengan hewan, terutama yang berkaitandengan penyebar serbuk sari. Ada kekhususan bentuk bungadalam hubungannya dengan hewan penyebar serbuk sari.
6) Isolasi gametIsolasi gamet, yaitu isolasi reproduksi yang terjadi apabila
dua spesies simpatrik tidak dapat melakukan fertilisasi. Hal initerjadi karena sel gamet jantan tidak mempunyai kemampuanhidup pada saluran kelamin betinanya.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
146
Sebagai contoh, pada tanaman tembakau inti serbuk yangjatuh di kepala putik tidak dapat mencapai inti sel telur padakandung lembaga atau ovula. Akibatnya, tidak terjadi fertilisasi.Pada percobaan inseminasi buatan menggunakan objek lalatbuah, Drosophilavirilis, Drosophila americana dan Drosophilaspesies lain, mekanisme isolasi gametnya bervariasi.
Bila spermatozoid Drosophila virilis diinseminasikan kesaluran telur Drosophila americana, ternyata dalam saluran seltelurnya terbentuk cairan penghambat sehingga spermatozoidtidak dapat bergerak. Pada percobaan lain terjadi mekanismeyang berbeda. Saat spermatozoid masuk ke saluran reproduksisaluran tersebut membengkak sehingga spermatozoid mati.
7) Isolasi perkembanganIsolasi perkembangan, yaitu isolasi yang terjadi karena
embrio hasil fertilisasi dua spesies simpatrik tidak dapat tumbuhdan segera mati. Isolasi seperti ini banyak dijumpai padaberbagai jenis ikan dan katak.
8) Ketidakmampuan hidup suatu hibridaBeberapa jenis populasi simpatrik dapat melakukan
perkawinan. Pembuahan maupun pembentukan embrio dapatberlangsung, tetapi hibridanya lemah, cacat atau mati sebelummampu melakukan reproduksi. Dengan demikian, walaupunberlangsung perkawinan antara dua populasi simpatrik, tetapitidak terjadi pertukaran gen. Peristiwa ini dijumpai padatanaman tembakau. Isolasi seperti ini sering disebutterbentuknya bastar (hibrida) mati bujang.
9) Kemandulan hibridaKeledai dengan kuda, atau kambing dengan biri-biri dapat
dikawinkan dan dapat menghasilkan keturunan. Hibrida yangdihasilkan dapat hidup baik dan normal, tetapi tetap steril ataumandul. Dengan demikian, dua populasi simpatrik tersebuttidak terjadi pertukaran gen.
10) Eliminasi hibrida karena seleksiBisa terjadi dua populasi simpatrik melakukan
perkawinan, dapat terjadi pembuahan, terbentuk embriobahkan mampu menghasilkan hibrida yang fertil. Populasihibrida karena salah pasangan ini, biasanya jauh lebih sedikitdaripada hasil perkawinan populasi spesies. Akibatnya semuahibrida dapat terdesak sehingga lambat laun mengalamieliminasi (punah). Dengan demikian, lingkungan akanmelakukan koreksi terhadap kekeliruan perkawinan tersebut.
Coba kamu sederhanakanmekanisme isolasireproduksi dalam bentuktabel. Diskusikan denganteman sebangkumu.
Bab 7 Evolusi
147
b. Domestikasi
Domestikasi adalah usaha manusia untuk menjadikanhewan ternak dari hewan liar dan tanaman budi daya daritumbuhan liar. Pada dasarnya, tindakan ini adalahmemindahkan makhluk hidup dari lingkungan aslinya kelingkungan yang diciptakan manusia. Tindakan ini dapatmengakibatkan timbulnya jenis-jenis hewan dan tumbuhan yangmenyimpang dari aslinya yang mengarah terbentuknya spesiesbaru. Sebagai contoh, kebiasaan seseorang untuk menyilangkandua varietas tanaman atau hewan sejenis. Melalui tindakanpenyilangan tersebut, pada zaman Darwin di Inggris pernahditemukan 150 varietas merpati. Dari varietas tersebutditemukan varietas yang mempunyai penampakan sangatberbeda, seolah-olah spesies lain. Ada burung dara yangkepalanya bermahkota, ada yang tidak. Ada burung dara yangmemiliki ekor mirip kipas dengan jumlah bulu ekor mencapai40, sedangkan umumnya jumlah bulu ekor burung dara adalah12. Adanya domestikasi menyebabkan terjadinya variasi yangmengarah terbentuknya spesies baru, misalnya pada anjing.
c. Terbentuknya spesies baru karena adanya poliploid
Pada tumbuhan, kadang meiosis berlangsung dalamkeadaan tidak wajar. Misalnya, terjadi nondisjungsi atau gagalberpisah, terjadi pada anafase sehingga gamet yang dihasilkanmembuahi atau dibuahi oleh sel gamet yang normal (haploid),akan menjadi keturunan yang triploid. Apabila keturunansemacam ini fertil dan dapat melakukan perkawinan denganhibrida sesama tetraploid, maka tidak menutup kemungkinandihasilkannya turunan yang poliploid. Dengan demikian,terbentuknya hibrida poliploid dapat terjadi karena dua hal,yaitu:a) Autopoliploidi, yaitu peristiwa menggandakan kromosom
tanpa diikuti pemisahan kromosom. Gagalnya pemisahankromosom ini, antara lain disebabkan tidak terbentuknyabenang spindel pada fase anafase. Akibat, tidakterbentuknya benang spindel, maka kromatid mengalamiperistiwa gagal berpisah (nondisjunction).Selain nondisjunction, autopoliploidi juga dapat terjadikarena adanya peristiwa penggandaan (doubling) darikromosom. Peristiwa autopoliploidi ini ditemukan padatanaman bunga Oenothera lamarchious. Individu normalmemiliki 14 kromosom akibat autopoliploidi dihasilkanOenothera gigas yang memiliki 28 kromosom. Jenistumbuhan tersebut apabila mengadakan persilangan akanmenghasilkan keturunan yang tetap steril. Jadi, keduanyamerupakan spesies yang berbeda.
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
148
b) Allopoliploidi, yaitu terbentuknya poliploid dari persilangandua individu yang jumlah sel kromosomnya berbeda.Apabila kromosomnya membentuk sinapsis, maka akansteril. Tetapi, apabila kromosomnya berpasangan, makaakan mampu berkembang biak atau fertil. Biasanya,individu triploid (3n) tidak dapat melakukaninterhibridisasi dengan kedua induknya sehingga dianggapsebagai spesies baru. Umumnya, keturunan yang terbentukkarena allopoliploidi lebih adaptif, lebih besar, dan lebihkuat. Apabila kondisi lingkungan tidak menguntungkan,maka yang akan terkena pengaruh adalah spesiesdiploidnya.
1234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567
Kamu telah mempelajari evolusi. Hal-hal penting apa sajakahyang harus diketahui dalam mempelajarinya? Catatlah dalam bentukrangkuman. Kemudian, tukarlah hasil rangkumanmu denganrangkuman teman. Berikan masukan dan saran pada rangkumanmasing-masing.
Daftar IstilahDaftar Istilah
Evolusi = suatu teori yang menjelaskan bahwa makhluk terbentuksecara tiba-tiba dari benda mati.
Evolusi Biokimia = suatu teori yang menjelaskan perubahan-perubahansecara perlahan-lahan tentang terbentuknya bahan-bahanorganik dari bahan-bahan anorganik.
Evolusi Biologis = suatu teori yang menjelaskan perubahan makhluk hidupdari tingkat rendah ke tingkat yang lebih tinggi secaraperlahan-lahan selama jutaan tahunan.
Fosil = sisa-sisa makhluk hidup yang berusia ribuan, bahkanjutaan tahun yang telah membatu. Fosil dapat berupabatu, dapat berupa tubuh yang diawetkan secara alami.
Bab 7 Evolusi
149
1. Cabang ilmu biologi yang mempelajarisejarah asal-usul makhluk hidup danketerkaitan genetik antara makhlukhidup satu dengan yang lain, disebut…a. Evolusi d. Taksonomib. Genetika e. Botanic. Zoologi
2. Populasi kupu-kupu Biston betularia diInggris, pada lingkungan sesudahrevolusi industri didominasi oleh ….a. populasi Biston betularia bersayap
cerah > dibandingkan yangbersayap gelap
b. populasi Biston betularia bersayapgelap sama banyak dengan yangbersayap cerah
c. populasi Biston betularia bersayapgelap > dibandingkan yangbersayap cerah
d. populasi Biston betularia bersayapgelap dan terang sama-samapunah
e. munculnya populasi Bistonbetularia bersayap cerah dan gelap
3. Tokoh yang disebut sebagai BapakEvolusi adalah ….a. Carollus linnaeusb. J. B Lamarckc. Charles Darwind. A. Weismanne. T. R. Malthus
4. Darwin mendasarkan teorinya bahwaevolusi terjadi melalui ….a. mutasib. seleksi alamc. adaptasid. variasi gene. pengaruh lingkungan
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat di setiap soal-soal berikut.
5. Tumbuhan dan hewan di kepulauanGalapagos mirip dengan tumbuhandan hewan yang ada di ....a. Amerika Utarab. Amerika Selatanc. Amerika Tengahd. Asia Tenggarae. Australia
6. Fakta evolusi yang diamati Darwinselama perjalanannya ke kepulauanGalapagos adalah ….a. spesies untab. spesies kura-kurac. spesies iguanad. spesies burung finche. spesies kura-kura
7. Evolusi jerapah yang berleherpanjang disebabkan oleh ….a. isolasi paratrikb. isolasi simpatikc. seleksi alamd. adanya stabilitase. latihan memanjangkan leher terus
menerus
8. Buku yang dikarang Charles Darwinberjudul ….a. On the Origin of Species by Means of
Natural Selectionb. An Essay on the Principle of
Populationc. Principles of Geologyd. Mutatione. Theory of Particulate Inheritance
9. Salah satu petunjuk adanya evolusidengan adanya analogi pada organ-organ tubuh beberapa hewan, seperti....
M a r i B e r k o m p e t e n s iM a r i B e r k o m p e t e n s i
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
150
1. Apakah yang dimaksud dengan evolusi? Tuliskan tokoh-tokoh yang terlibat didalamnya.
2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Homologi. Berikan contohnya.
3. Jelaskan perbedaan teori evolusi menurut Lammarck dan Darwin.
4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan hukum Hardy-Weinberg.
5. Jelaskan dua teori pokok yang dikemukakan Darwin dalam bukunya yang berjudul"On the Origin of Species by Means of Natural Selection".
B. Jawablah soal-soal berikut dengan singkat dan jelas.
13. Berikut ini merupakan mutasi yangmenguntungkan, kecuali ….a. dihasilkannya gen letalb. terjadinya mutasi letalc. keturunan yang tidak adaptifd. dihasilkannya keturunan dengan
viabilitas dan fertilitas rendahe. dihasilkannya spesies dengan
vitalitas dan viabilitas tinggi
14. Pendapat Weismann mengenai teoriEvolusi adalah ….a. sel tubuh karena pengaruh
lingkungan tidak diwariskan padaketurunannya
b. gagasan use and diuse (digunakandan tidak digunakan)
c. sifat dan ciri sel tubuh diwariskankepada keturunannya
d. seleksi alam dapat mempengaruhifrekuensi gen pada populasi
e. rekombinasi gen merupakanmekanisme penting terjadinyaevolusi
15. Di bawah ini merupakan faktor-faktor yang menyebabkan perubahankeseimbangan genetik dalam suatupopulasi, kecuali ….a. mutasib. seleksi alamc. rekombinasi dan seleksid. emigrasi dan imigrasie. perkawinan
a. tangan manusia dengan tanganorang utan
b. sayap serangga pada sayapburung
c. sayap kelelawar dengan sayapburung
d. sirip paus dengan sirip lumba-lumba
e. kaki depan kuda dengan kakimanusia
10. Unit biologi terkecil yang dapatberevolusi adalah ….a. individu d. spesiesb. populasi e. komunitasc. keluarga
11. Hukum Hardy-Weinberg mengasumsi-kan bahwa ….a. perkawinan antara individu
jantan dan betina terjadi secaraacak
b. ada pembatasan perkawinanantara individu jantan dan betina
c. terjadi mutasid. ukuran populasi relatif kecile. individu baru berasal dari luar
masuk kedalam suatu populasi
12. Di bawah ini merupakan mutasi yangmenguntungkan, kecuali ….a. terjadi mutasib. ukuran populasi besarc. perkawinan acak/randomd. tidak terjadi seleksi alame. ada isolasi dari populasi lain
Bab 8 Bioteknologi
151
BabBab Bioteknologi88Peta Konsep
Perkembangan dan aplikasibioteknologi trasdisional danmodern
Biologi Sel
Genetika
Teknologi plasmid
Transplantasi nukleus
Teknologi hibridomaRekayasa genetika
Bioteknologi dengan kulturjaringan dan rekayasa genetika
Sebagai pembasmi hama tanaman
Mengatasi pencemaran
Penggunaan mikroorganismedalam bioteknologi
Pemisah logam dan bijinya
Dalam bidang pangan
Aplikasi bioteknologi modernKloning
Produksi insulin
Aplikasi bioteknologi tradisionalPembuatan tempe
Hidroponik
Ilmu-ilmu yang digunakandalam bioteknologi
Mikrobiologi
Biokimia
Pengertian bioteknologi
Bioteknologi
Kultur jaringan
SHARED BY: MY-DIARYZONE.BLOGSPOT.COM
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
152
PengertianBioteknologi
A
Pernahkah kamu minum yoghurt? Bagai-manakah rasanya? Yoghurt merupakan salahsatu produk hasil Bioteknologi. Bioteknologimerupakan penerapan prinsip-prinsip biologi dibidang industri. Aplikasi bioteknologi sangat luasmeliputi bidang pangan, pertanian, peternakan,kedokteran, dan lain-lain. Untuk lebihmengetahui tentang bioteknologi, mari ikutiuraian berikut ini.
Bioteknologi berasal dari istilah Latin, yaitu Bio (hidup), teknos(teknologi = penerapan), dan logos (ilmu). Artinya, ilmu yangmempelajari penerapan prinsip-prinsip biologi.
Secara lengkap, bioteknologi diartikan sebagai cabangbiologi yang mempelajari penggunaan organisme denganbantuan teknologi untuk penyediaan barang dan pelayananbagi kepentingan manusia.
Objek kajian dan aplikasi bioteknologi mulai dari produksimakanan yang difermentasi, bahan kimia berupa antibiotika,enzim, etanol, asam cuka, asam sitrat, hingga produksi energiseperti biogas, fiksasi nitrogen, dan penemuan minyak. Saat ini,aplikasi bioteknologi tidak hanya pada mikroorganisme saja,namun pada tumbuhan dan hewan.
Ilmu-Ilmu yangDigunakan dalam
Bioteknologi
BMikrobiologi merupakan cabang biologi yang mempelajari
tentang mikroba atau jasad renik. Pengetahuan sifat-sifat danstruktur mikroba mendukung kemajuan bioteknologi. Salahsatunya dengan mengetahui suhu yang sesuai untuk bakteri.Sehingga, bakteri dapat digolongkan sebagai psikrofil: tumbuhpada suhu 0° C - 30° C, mesofil: tumbuh pada suhu 25° C - 40° C,dan termofil: tumbuh pada suhu 50° C atau lebih. Pengetahuantentang suhu optimal bakteri sangat penting untuk pembuatansuatu produk, seperti pembuatan yoghurt. Yoghurt merupakansusu yang difermentasi dengan menggunakan bakteriLactobacillus bulgaricus, pada suhu 40° C selama 2,5 jam - 3,5jam.
1. Mikrobiologi
Gambar 8.1Yoghurt dalam kemasan
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 8 Bioteknologi
153
2. Biologi Sel
Biologi sel merupakan cabang biologi yang mempelajari sel.Pengetahuan mengenai sifat-sifat dan struktur sel mendukungaplikasi bioteknologi. Misalnya, pengetahuan mengenaitotipotensi pada sel-sel tanaman bermanfaat untuk kulturjaringan. Totipotensi merupakan kemampuan sel-sel tanamanmuda dan hidup yang dapat berproliferasi dan berdiferensiasimenjadi tanaman baru.
3. Genetika
Genetika merupakan cabang biologi yang mempelajaripewarisan sifat-sifat genetik makhluk hidup dari satu generasike generasi berikutnya. Pengetahuan mengenai bentuk dankarakteristik DNA (gen) membantu percepatan kemajuanbioteknologi. Penemuan tomat yang tidak mudah rusak ataubusuk, insulin manusia yang disintesis dari bakteri Escherichiacoli merupakan penerapan ilmu genetika dalam bioteknologi.
4. Biokimia
Biokimia merupakan cabang ilmu kimia yang mempelajarimakhluk hidup dari aspek kimianya. Biokimia menganggaphidup adalah suatu proses kimia, proses-proses hidupdiselenggarakan atas dasar reaksi dan peristiwa kimia. Denganbiokimia, ahli bioteknologi memperlakukan makhluk hidupsebagai bahan kimia yang dapat dipadukan dan direkayasa.
Selain Mikrobiologi, Biologi Sel, dan Biokimia, ilmu lainyang juga digunakan dalam Bioteknologi, yaitu Virologi (ilmumengenai virus), Teknologi Pangan, Biologi Pertanian, BiologiKedokteran, dan Biologi Kehutanan.
Perkembangandan AplikasiBioteknologi
Tradisional danModern
CBioteknologi tidak hanya berkembang pada akhir-akhir inisaja. Bioteknologi telah dimanfaatkan sejak ribuan tahun yanglalu, di segala bidang, seperti industri pangan, obat-obatan,pertanian, kesehatan, dan pengelolaan lingkungan. Misalnya,ragi dimanfaatkan untuk pembuatan anggur dan bir (sekitar6000 SM), pada 4000 SM ragi dimanfaatkan untuk roti yangmengembang, dan pada 1512, bahan kimia yang penting bagimanusia, seperti aseton, butanol, dan gliserol diperoleh daribakteri.
Di masa lalu, Bioteknologi dilakukan secara sederhana.Perkembangan yang pesat baru terjadi setelah diketahuimikroorganisme melakukan fermentasi. Penelitian ini dipelopori
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
154
oleh Louis Pasteur sehingga beliau mendapat julukan sebagaiBapak Bioteknologi.
Sedangkan, perkembangan Bioteknologi secara modernterjadi setelah penemuan struktur DNA sekitar tahun 1950 yangdiikuti dengan penemuan-penemuan lainnya. Penemuan ekspresigen, enzim pemotong DNA, menciptakan DNA rekombinandengan menggabungkan DNA dari dua organisme yang berbeda,dan kloning merupakan contoh Bioteknologi modern.
Bioteknologi modern merupakan bioteknologi yangdidasarkan pada manipulasi atau rekayasa DNA (gen), selainmemanfaatkan Mikrobiologi dan Biokimia.
Aplikasi Bioteknologi dapat dibedakan menjadi duamacam, yaitu tradisional dan modern.
1. Aplikasi Bioteknologi Tradisional
Aplikasi Bioteknologi tradisional mencakup berbagai aspek,di antaranya:
a. Pangan
Beberapa contoh Bioteknologi tradisional di bidang panganmisalnya, tempe dibuat dari kedelai menggunakan jamurRhizopus, tape dibuat dari ketela pohon atau pisang denganmenggunakan Khamir Saccharomyces cereviceae, keju danyoghurt dibuat dari susu sapi dengan menggunakan bakteriLactobacillus.
b. Pertanian
Beberapa contoh Bioteknologi tradisional dalam bidangpertanian, ialah:1) Hidroponik, merupakan cara bercocok tanam tanpa
menggunakan tanah sebagai tempat menanam tanaman.2) Penyeleksian tanaman jenis mustard alami oleh manusia,
menghasilkan tanaman, kolabri, brokoli, kubis, dankembang kol.
Gambar 8.2Contoh bioteknologi di bidangpangan
Gambar 8.3Contoh bioteknologi di bidangpertanian
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
idS
umbe
r: E
ncar
ta L
ibra
ry 2
005
Bab 8 Bioteknologi
155
c. Peternakan
Bioteknologi tradisional di bidang peternakan, misalnyapada domba ankon yang merupakan domba berkaki pendek danbengkok, sebagai hasil mutasi alami dan sapi Jersey yangdiseleksi oleh manusia agar menghasilkan susu dengankandungan krim lebih banyak.
d. Kesehatan dan pengobatan
Beberapa contoh bioteknologi tradisional di bidangpengobatan, misalnya antibiotik penisilin yang digunakan untukpengobatan, diisolasi dari bakteri dan jamur, dan vaksin yangmerupakan mikroorganisme yang toksinnya telah dimatikanbermanfaat untuk meningkatkan imunitas. Secara lengkap,penggunaan mikroorganisme dalam aplikasi Bioteknologitradisional dapat dilihat pada Tabel 8.1 di bawah ini.
Peranan Organisme
Jamur atau bakteri menggumpalkan dadih susu menjadi keju;mikroba memberikan cita rasa khas keju.
Fermentasi dalam susu yang telah diambil kepala susunya (skimmilk) memberikan susunan dan cita rasa yang khas.
Ragi (Khamir, "Yeast") memfermentasikan gula menjadi alkohol,menghasilkan anggur atau bir; bakteri meragikan sari buah-buahanmenjadi asam asetat (cuka).
Jamur memfermentasi kacang kedelai.
Mikroba menghasilkan protein sel tunggal, vitamin, asam-asamamino, dan peningkat cita rasa makanan.
Mikroba menghasilkan antibiotika yang melawan infeksi dan agenatau perantara kemoterapi yang melawan kanker; zat kimia berasaldari jamur (sikloporin) menekan penolakan organ yang dicang-kokkan; tumbuhan dan tumbuhan lumut menyediakan bahan kasaruntuk berbagai obat-obatan.
Bahan celup dibuat dari pigmen yang diekstrak dari tumbuhan dantumbuhan lumut.
Bakteri yang tidak membahayakan mengubah limbah air menjadiaman dengan cara mengganti atau secara langsung membunuhpatogen di dalam limbah air; mikroba juga mencerna sebagianbesar polutan organik dalam limbah air sehingga dapat kembaliaman bagi lingkungan.
Tumbuhan panen atau pertanian yang ditanam dalam air yanglebih banyak mengandung tambahan nutrien daripada tanahnya.
No. Kegunaan atau Produk
1. Keju
2. Yoghurt
3. Fermentasi
4. Kecap
5. Suplemen makanan
6. Obat-obatan
7. Bahan celup
8. Pengelolaan limbah air
9. Hidroponik
Gambar 8.4Penisilin diisolasi dari bakteridan jamur
Tabel 8.1 Contoh Penggunaan Mikroorganisme dalam Aplikasi Bioteknologi Pangan secara Tradisional
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
156
10. Minyak wangi dan kosmetiklain
11. Pertambangan tembaga
12. Pengeras
13. Pengental
14. Tanah yang penuh dengankulit kerang diatom
15. Emas refraktori
16. Produksi enzim untukmakanan dan deterjen
17. Bahan bakar
18. Kapas dari nonpertanian
19. Vaksin
Dasar untuk kosmetik ini disuplai oleh tumbuhan, jamur, dantumbuhan lumut.
Bakteri Thiobacillus ferooxidans mengekstrak logam dari bijihtembaga yang berkualitas rendah.
Ini merupakan pengeras yang digunakan untuk memadatkan mediakultur mikrobiologi (agar-agar yang diperoleh dari ganggang merah).
Bahan kimia yang dinamakan alginat (diperoleh dari ganggang)menjaga kekentalan roti puding, odol, cat, sabun, krim, dan lainproduk didasarkan pada minyak dan air yang sebaliknya akanmemisahkan menjadi zat cair.
Daerah permukaan kulit kerang diatom membuat bahan ini sebagaifilter atau penyaring yang bagus. Tanah yang penuh dengan kulitkerang atau diatom juga merupakan alat penggosok atau pengilapyang bagus.
Bakteri T. ferooxidans merombak logam (Cu, Fe) pembungkus bijihemas hingga diperoleh bijih emas murni.
Enzim dari mikroba mengentalkan susu untuk produksi keju; enzimyang mencerna protein melunakkan daging; enzim laktase yangditambahkan pada produk-produk perusahaan susu mengurangireaksi alergi terhadap susu; enzim dalam deterjen cucian binatumembongkar noda-noda protein pada kain.
Ganggang Chichlorella mengubah sampah menjadi minyak yangmudah terbakar.
Bakteri menghasilkan serabut selulosa bila ditumbuhkan dalammedia kultur.
Semua gen atau media yang mempunyai kekebalan khususterhadap penyakit dihasilkan dari mikroorganisme. Secaratradisional, patogen dikembangbiakkan dan dilemahkan ataudijadikan tidak aktif. Penggunaan secara modern mikroba yangtelah direkayasa secara genetika untuk memberikan vaksin.
Bioteknologi modern merupakan bioteknologi yangdidasarkan pada rekayasa DNA (gen). Selain itu,memanfaatkan dasar mikrobiologi dan biokimia.
Aplikasi Bioteknologi modern mencakup berbagai aspekkehidupan manusia, misalnya aspek pangan, pertanian,peternakan hingga kesehatan dan pengobatan.
a. Pangan
Bioteknologi modern pada bidang pangan, misalnya buahtomat hasil manipulasi genetik sehingga tahan lama, tidak cepatmatang, dan tidak cepat membusuk; kentang yang telahmengalami mutasi genetik hingga kadar pati kentangmeningkat 20% dari kentang biasa.
2. Aplikasi Bioteknologi Modern
Gambar 8.5Tomat hasil rekayasa genetik
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 8 Bioteknologi
157
b. Pertanian
Beberapa Bioteknologi modern pada bidang pertanian,misalnya tanaman kedelai tengger dan kedelai hijau camar yangberumur pendek dengan produktivitas tinggi diperoleh dariradiasi seleksi biji-biji kedelai.
c. Peternakan
Bioteknologi modern pada bidang peternakan, misalnya,pembelahan embrio secara fisik (splitting) mampu menghasilkankembar identik pada domba, sapi, babi, dan kuda. Denganteknologi yang modern telah dikembangkan teknologi kloningyang menghasilkan klon dari sel somatik.
d. Kesehatan dan pengobatan
Beberapa bioteknologi modern pada bidang kesehatan danpengobatan, antara lain: hormon pertumbuhan somatotropinyang dihasilkan oleh Escherichia coli dan manipulasi produksivaksin dengan menggunakan Escherichia coli agar efisien. Selainitu, untuk menghasilkan insulin secara massal dilakukanrekayasa genetika dengan menggunakan enzim dan bakteri.
Gambar 8.6Domba hasil kloning
PenggunaanMikroorganisme
dalamBioteknologi
DBioteknologi umumnya menggunakan mikroorganisme,seperti bakteri dan khamir (kapang) dengan alasan sebagaiberikut:1) pertumbuhannya cepat, walaupun dalam skala besar
seperti industri;2) sel-selnya mengandung protein yang tinggi;3) dapat menggunakan produk-produk sisa sebagai
substratnya, misalnya dari limbah pertanian;4) menghasilkan produk yang tidak toksik;5) sebagai organisme hidup, reaksi biokimianya dikontrol oleh
enzim yang berarti tidak memerlukan tambahan reaktandari luar.
Pemanfaatan mikroorganisme telah digunakan padabioteknologi tradisional maupun modern. Bioteknologi yangmenggunakan mikroorganisme, antara lain: digunakan dalambidang pangan, obat-obatan, pembasmian hama tanaman,pencemaran, dan pemisahan logam dari bijih logam.
a. Pemanfaatan mikroba untuk menghasilkan protein
Protein merupakan bahan makanan yang mutlakdiperlukan manusia. Protein yang dihasilkan dengan
1. Pemanfaatan Mikroorganisme dalam BidangPangan
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
158
memanfaatkan mikroorganisme disebut SCP (Single Cell Protein)protein sel tunggal. SCP ini mempunyai kadar protein hingga80% lebih tinggi dibandingkan protein kedelai dan ragi.
Beberapa mikroorganisme yang efektif untuk pembuatanSCP antara lain: Methylophylus methylotropus. SCP ini biasadigunakan untuk makanan ternak agar hewan ternak mampumenghasilkan susu dan daging berkualitas tinggi. Fusarium, SCPyang digunakan untuk nutrisi manusia.
b. Penggunaan jasa mikroorganisme untuk mengubahmakanan
Melalui proses fermentasi yang dilakukan mikroorganisme,bahan makanan tertentu diubah menjadi bahan bentuk lainsehingga cita rasanya lebih menarik atau mengandung nilaigizi yang lebih tinggi. Contoh makanan ini ialah keju, mentega,roti, alkohol, dan cuka.
1) KejuKeju bahan utamanya adalah dadih yang dipisahkan dari
Whey (air dadih utama). Dadih dibuat dari protein kasein yangumumnya terbentuk karena aktivitas enzim renin dan kondisiasam yang ditimbulkan karena aktivitas bakteri asam laktat.Bakteri yang dibiarkan pada media keju menyebabkan prosesfermentasi yang memberikan suasana asam. Selain itu, jugamemberikan cita rasa khas dan bau harum (aroma) padaproduk susu tersebut. Makin lama masa inkubasinya, makintinggi keasamannya dan makin tajam cita rasanya.Mikroorganisme yang digunakan dalam pembuatan keju ialahjamur Penicillium camemberti.
2) MentegaMentega dibuat dengan mengaduk kepala susu (krim)
hingga tetesan-tetesan mentega yang berlemak memisah darisusu mentega. Susu mentega adalah cairan susu yang tinggalsetelah membuat mentega.
Krim (kepala susu) memiliki rasa masam dan digunakanuntuk pembuatan produk lain, seperti yoghurt. Yoghurt dibuatdari krim yang ditanami mikroorganisme seperti yangdigunakan membuat susu mentega.
Yoghurt banyak kamu jumpai di toko. Yoghurt terbuat darisusu dengan lemak kadar rendah yang sebagian airnya telahdiuapkan. Untuk meningkatkan keasamannya, susu kental yangterbentuk ditanami dengan Streptococcus thermophillus,sedangkan untuk meningkatkan cita rasa dan aroma ditanamiLactobacillus bulgaris.
Gambar 8.7Jamur Penicillium camemberti
Gambar 8.8Lactobacillus bulgaris
Diskusikan dengan temansebangkumu.Bagaimanakah kandungangizi yoghurt? Apakahyoghurt berpengaruhpada lambung?
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
idS
umbe
r: Im
age.
goog
le.c
o.id
Bab 8 Bioteknologi
159
Fermentasi Lactobacillus bulgaris berlangsung pada subtratyang bertemperatur 45° C selama beberapa jam. Padatemperatur tersebut Lactobacillus bulgaris masih mungkin tumbuhdan berkembang. Untuk menjaga cita rasa, aroma, dankeasamannya maka perlu dijaga keseimbangan antara keduajenis mikroorganisme tersebut.
c. Fermentasi makanan nonsusu
Pemanfaatan mikroorganisme, seperti ragi banyakdigunakan dalam pembuatan roti, asinan, minuman alkohol,minuman anggur, dan cuka.
Dalam pembuatan roti, adonan roti akan ditanami ragi yangsebenarnya kultur spora suatu jenis jamur. Spora jamur akantumbuh dan memfermentasi gula dalam adonan, dan terbentuklahgelembung-gelembung karbondioksida. Fermentasi yangberlangsung dalam kondisi aerob ini akan mendorong produksi CO2.
Pada pembuatan asinan kubis atau sauerkraut, acar, danolive maupun kecap diperlukan mikroba jamur penghasil enzimyang mampu mengubah zat tepung menjadi gula yang dapatdifermentasikan. Prinsip ini juga digunakan dalam pembuatanbrem dan minuman khas Jepang, sake yang dibuat dari ketandan beras.
Dalam pembuatan kecap diperlukan jamur Aspergillusoryzae. Jamur ini dibiakkan dalam kulit gandum terlebih dahulu.Selanjutnya, jamur ini bersama-sama bakteri asam laktat yangtumbuh pada kedelai yang sudah dimasak, menghancurkancampuran gandum. Setelah melalui fermentasi karbohidratyang cukup lama, dihasilkanlah kecap.
Beberapa jenis mikroba yang digunakan untuk mengubahbahan makanan menjadi bentuk lain, misalnya:1) Rhizopus oligospora untuk membuat tempe dengan substrat
kedelai.2) Neurospora sitophila untuk membuat oncom dengan
substrat kacang tanah.3) Saccharomyces cerevisiae untuk membuat tape dengan
substrat ketan atau singkong atau ubi kayu.4) Acetobacter xulinum untuk membuat nata de coco dengan
substrat air kelapa.
d. Pembuatan alkohol dan asam cuka
1) Proses pembuatan alkoholHampir semua pembuatan minuman beralkohol, seperti
bir, ale, dan anggur memerlukan jasa mikroorganisme. Bir danale dibuat dari tepung biji padi-padian yang difermentasi olehragi. Ragi tidak dapat menggunakan tepung secara langsung.
Gambar 8.9Contoh mikroba yang diguna-kan untuk mengubah bahanmakanan ke bentuk lain.
Rhizopus oligospora
Neurospora sitophila
Saccharomyces cerevisiae
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
160
Tepung tersebut diubah terlebih dahulu menjadi glukosa ataumaltosa. Selanjutnya, glukosa dan maltosa difermentasi menjadietanol dan CO2.
Dalam proses pembuatan minuman ini, malting, yaitu bijipadi-padian dibiarkan berkecambah, terus dikeringkan,selanjutnya digiling menghasilkan malt. Malt ini mengandungenzim amilase yang mampu mengubah amilum menjadi glukosadan maltosa sehingga dapat difermentasi oleh ragi.
Pada pembuatan minuman keras berkadar alkohol tinggi,seperti vodka, wiski, dan rum, karbohidrat dari biji padi-padian, kentang dan sirup atau tetes gula difermentasimenghasilkan alkohol. Selanjutnya, alkohol ini disuling untukmenghasilkan minuman berkadar alkohol tinggi.
Minuman anggur atau wine dapat dibuat dari buah anggurmaupun dari buah lain. Karena buah anggur mengandunggula, maka langsung dapat difermentasikan oleh ragi. Jikabahannya selain buah anggur, untuk meningkatkan produksialkoholnya perlu ditambah gula. Tahapan proses pembuatananggur dapat dilihat seperti pada Gambar 8.10.
Gambar 8.10Proses pembuatan anggur
b. Proses pembuatan cuka
Bahan dasar pada proses pembuatan cuka adalah etanolyang dihasilkan oleh fermentasi anaerob oleh ragi. Oleh bakteriasam asetat, seperti Acetobacter dan Gluconobacter, etanol akandioksidasi menjadi asam asetat.
Masih banyak lagi bahan makanan yang diubah melaluiproses fermentasi sehingga dihasilkan variasi makanan atauminuman.Diskusikan dengan teman
sekelompokmu.Bagaimana prosespembuatan asam cuka?Coba kamu cari literaturdibuku atau majalah.
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 8 Bioteknologi
161
Tabel 8.2 Beberapa Makanan yang Difermentasi dan Jenis Mikroba yang Diperlukan
No. Makanan/produk Bahan mentah Mikroorganisme Lokasi produk
Produk dariPerusahaan Susu
1. Keju Swiss Susu Propioni bacterium Eropa, Amerikaskerma manisi
2. Keju (masak) Dadih susu Streptococcus sp. Meliputi seluruh duniaKeju biru susu Penicillium roqueforti Meliputi seluruh dunia
Leuconostoc sp.
3. Krim asam Susu skim Streptococcus lactis Meliputi seluruh duniaLactobacillus lactis
4. Kefir Susu Streptococcus lactis Asia Barat DayaLactobacillus bulgaricusCandida sp.
5. Kurmiss Susu kuda L. bulgaricus Rusiadomba Lactobacillus leichmannii
Candida sp.
6. Yogurt Susu Streptococcus thermophilus Meliputi seluruh duniaL. bulgaricus
7. Taette S. lactis var taette Skandinavia
Produk Dagingdan Ikan
1. Sosis kering Daging sapi Pediococcus cereviceae Eropa, Amerika Serikatatau babi
2. Saus ikan Ikan kecil Halophilic becillus sp. Asia Tenggara
3. Izushi Ikan segar Lactobacillus sp. Jepangberas sayuran
Produk TanamanBukan Minuman
1. Biji cokelat Buah cokelat Candida krussek Afrika, Amerika SerikatGeitrichum sp.
2. Biji kopi Buah kopi Erwinia dissolvens Brasil, Kongo, Hawaii,Saccharomyces sp. India
3. Kimchi Kubis dan sayur- Bakteri asam laktat Koreaan lainnya
4. Miso Kacang kedelai Aspergillus oryzae JepangSaccharomyces ruoxii
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
162
Banyak bakteri yang hidup sebagai parasit pada jenisorganisme saja dan tidak mengganggu atau merugikanorganisme jenis lainnya. Sifat mikroorganisme semacam inidapat dimanfaatkan dalam Bioteknologi pembasmian hamaatau dikenal dengan biological control. Contohnya, adalahbakteri hasil rekayasa yang disebut bakteri minumes, merupakanketurunan dari Pseudomonas. Bakteri ini dapat melawanpembentukan es selama musim dingin. Contoh lain adalahpenggunan bakteri Bacillus thuringensis yang patogen terhadapulat hama tanaman. Pengembangan bakteri memberikanbanyak keuntungan. Pembasmian ulat hama denganmenggunakan Bacillus thuringensis ternyata tidak menimbulkandampak negatif kepada lingkungan serta tidak meninggalkanresidu.
Cara lain mengatasi hama tanaman adalah denganmenghambat perkembangbiakan hewan hama. Caranya adalahmenyemprotkan feromon insekta pada lahan pertanian. Feromonadalah substansi yang dikeluarkan hewan dan menyebabkanrespon pada hewan sejenis seperti respon untuk seksualnyamenurun. Akibatnya, populasi hewan hama akan berkurangsecara perlahan-lahan.
5. Olive Olive hijau Leuconostic mesenterodes Meliputi seluruh duniaLactobacillus pantarum
6. Poi Akar talas/keladi Bakteri asam laktat Hawaii
7. Asinan kubis Kubis L. mesenteroides Meliputi seluruh dunia(sauerkraut) L. plantarum
8. Tauco Kedelai Aspergillus oryzae Asia9. Kecap Kedelai A. oryzae atau Aspergillus Jepang, Indonesia
soyaeS. ruoxii
10. Tempe Kedelai Rhizopus oligosporus Indonesia, Suriname,Rhizopus oryzae Irian Timur (Papua)
11. Sayur Asin Sawi hijau Bakteri asam laktat Meliputi seluruh dunia
Roti
1. Idli Tepung beras & Leuconostoc mesenteroides India bagian selatantepung kacang
2. kue-kue Tepung gandum Saccharomyces cerevisiae Meliputi seluruh dunia
3. Roti adonan Masaur Tepung gandum Saccharomyces exyguus California bagian utaradari San Francisco (Amerika Serikat)
2. Mikroorganisme sebagai Pembasmi HamaTanaman
Gambar 8.11Bacillus thuringensis
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Bab 8 Bioteknologi
163
Salah satu dampak dari peledakan jumlah penduduk danperkembangan teknologi adalah pencemaran terhadaplingkungan. Sebenarnya, pada batas-batas tertentu lingkungansekitar kita masih mampu membersihkan dirinya dari segalamacam zat pencemar. Namun, kalau jumlahnya sudah melebihikemampuan lingkungan, maka untuk mengatasinya memer-lukan keterlibatan manusia.
Untuk mengatasi masalah pencemaran lingkungan ini,para pakar telah mencoba merekayasa mikroba untukmendapatkan strain mikroba yang membantu mengatasipencemaran, khususnya pencemaran limbah beracun. Apabilakonsentrasinya berada di atas ambang batas, maka akanmengancam kelangsungan organisme yang lain.
Yang dikembangkan saat ini antara lain, penangananlimbah oleh mikroorganisme yang mampu menghasilkan gashidrogen. Mikroba tersebut adalah Clostridium butyrium. Dalamhal ini, bakteri akan mencerna dan menguraikan gula sertamenghasilkan gas hidrogen. Gas ini dapat digunakan sebagaibahan bakar yang tidak menimbulkan polusi.
3. Peran Mikroorganisme dalam MengatasiPencemaran
4. Mikroorganisme sebagai Pemisah Logam dariBijihnya
Selama ribuan tahun, penyulingan minyak atau mineraldan memisahkan tembaga dari bijih yang berkualitas rendahdengan proses leaching atau meluluhkan. Pada 1957, berhasildikembangkan teknik pemisahan tembaga dari bijinya denganmenggunakan jasa bakteri.
Bakteri yang dapat memisahkan tembaga dari bijihnyaadalah Thiobacillus ferooxidans yang berasal dari hasil oksidasisenyawa anorganik khususnya senyawa besi dan belerang.Bakteri ini termasuk jenis bakteri khemolitotrop atau bakteripemakan batuan. Bakteri khemolitotrop tumbuh subur padalingkungan yang miskin senyawa organik, karena mampumengekstrak karbon langsung dari CO2 di atmosfer.
Proses pemisahan tembaga dari bijihnya berlangsungsebagai berikut.
Bakteri Thiobacillus ferooxidans mengoksidasi senyawabesi belerang (besi sulfida) di sekelilingnya. Proses inimembebaskan sejumlah energi yang digunakan untukmembentuk senyawa yang diperlukannya. Selainenergi, proses oksidasi tersebut juga menghasilkansenyawa asam sulfat dan besi sulfat yang dapat
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
164
menyerang batuan di sekitarnya serta melepaskanlogam tembaga dari bijihnya. Jadi, aktivitas Thiobacillusferooxidans akan mengubah tembaga sulfida yang tidaklarut dalam air menjadi tembaga sulfat yang larutdalam air.Pada saat air mengalir melalui bebatuan, senyawatembaga sulfat (CuSO4) akan ikut terbawa dan lambatlaun terkumpul pada kolam berwarna biru cemerlang.
Proses pemisahan logam dari bijihnya secara besar-besarandapat dijelaskan sebagai berikut.
Bakteri ini secara alami terdapat di dalam larutanpeluluh. Penambang tembaga akan menggerus batupengikat logam atau tembaga dan akanmenyimpannya ke dalam lubang tempat buangan.Kemudian, mereka menuangkan larutan asam sulfatke tempat buangan tersebut. Saat larutan peluruhmengalir melalui dasar tempat buangan, larutanpeluluh akan mengandung tembaga sulfat.Selanjutnya, penambang akan menambah logam besike dalam larutan peluluh. Tembaga sulfat akanbereaksi dengan besi membentuk besi sulfat yangmampu memisahkan logam tembaga dari bijinya.
CuSO4 + 2Fe+ + H2SO4 → 2FeSO4 + Cu+ + 2H+
Secara umum, Thiobacillus ferooxidans membebaskantembaga dari bijih tembaga dengan cara bereaksi dengan besidan belerang yang melekat pada batuan sehingga batuanmengandung senyawa besi dan belerang, misalnya FeS2. Saatlarutan peluluh mengalir melalui batu pengikat bijih, bakterimengoksidasi ion Fe2+ dan mengubahnya menjadi Fe3+.
Unsur belerang yang terdapat dalam senyawa FeS2 dapatbergabung dengan ion H+ dan molekul O2 membentuk asamsulfat (H2SO4). Bijih yang mengandung tembaga dan belerang,misalnya CuS, ion Fe3+ akan mengoksidasi ion Cu+ menjaditembaga divalen atau Cu2+. Selanjutnya, bergabung dengan ionsulfat (SO4
2-) yang diberikan oleh asam sulfat untuk membentukCuSO4.
Dengan cara tersebut, bakteri tersebut mampu menghasil-kan tembaga kelas tinggi. Selain itu, bakteri pencuci, sepertiThiobacillus juga dapat digunakan untuk memperoleh logamberkualitas tinggi, seperti emas, galiu, mangan, kadmium, nikel,dan uranium.
Bab 8 Bioteknologi
165
Bioteknologidengan KulturJaringan dan
Rekayasa Genetika
EAspek bioteknologi yang penting pada tanaman adalah
kultur jaringan tumbuhan. Kultur jaringan tumbuhan merupakansalah satu teknik kloning tumbuhan. Suatu klon tumbuhanmerupakan populasi tumbuhan yang diproduksi secaraaseksual dari satu nenek moyang.
Kultur jaringan tumbuhan (mikropropagasi) adalah bentukperbanyakan (propagasi) tumbuhan secara vegetatif denganmemanipulasi jaringan somatik (jaringan tubuh) tumbuhan didalam kultur aseptik (bebas kuman) dengan lingkunganterkontrol.
Kultur jaringan tumbuhan utuh dapat dihasilkan daribagian atau potongan akar, batang, atau daun yang disebuteksplan yang masih hidup.
Eksplan dapat membentuk tumbuhan yang utuh (planlet)karena adanya sifat totipotensi. Totipotensi pada tumbuhanmerupakan kemampuan sel tumbuhan untuk berkembangmenjadi tumbuhan yang utuh. Pada tumbuhan, semua bagiansel-sel mudanya yang masih aktif, misalnya ujung akar, ujungbatang, dan meristem sekunder (kambium) merupakan sel yangtotipoten.
Potongan jaringan tumbuhan yang terdiri atas sejumlahkecil sel-sel pada medium kultur yang sesuai dan dibiarkantumbuh menjadi massa sel yang belum terdiferensiasi disebutsebagai kalus. Medium kultur membutuhkan gula, garam-garam anorganik, nitrogen organik, dan unsur-unsur mikro.Di dalam medium ditambahkan juga hormon pertumbuhanuntuk tumbuh, yaitu auksin dan sitokinin. Komposisi yang tepatdari medium kultur tergantung pada spesies tumbuhan yangakan di klon.
1. Kultur Jaringan
Diskusikan dengan temansebangkumu.Apa keuntungan darikultur jaringan?
Keberhasilan Watson dan Crick menemukan model DNA,dan pemecahan masalah sandi genetik oleh Nirenberg danMather membuka jalan bagi penelitian-penelitian selanjutnyadi bidang rekayasa genetika. Sandi-sandi genetik pada gen(DNA) ini digunakan untuk penentuan urutan asam-asamamino pembentuk protein (enzim). Pengetahuan inimemungkinkan manipulasi sifat makhluk hidup ataumanipulasi genetik untuk menghasilkan makhluk hidup dengansifat yang diinginkan. Manipulasi atau perakitan materi genetikdengan menggabungkan dua DNA dari sumber yang berbedaakan menghasilkan DNA rekombinan.
2. Rekayasa Genetika
Gambar 8.12Model DNA Watson danCrick
Sum
ber:
Imag
e.go
ogle
.co.
id
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
166
Penggunaan DNA dalam rekayasa genetika untukmenggabungkan sifat makhluk hidup, karena DNA mengatursifat-sifat makhluk hidup yang dapat diturunkan dan strukturDNA dari makhluk hidup apapun adalah sama.
Ada beberapa cara untuk mendapatkan DNA rekombinanmelalui rekayasa genetika, di antaranya adalah teknologiplasmid, fusi sel (teknologi hibridoma), dan transplantansi inti.
3. Teknologi Plasmid
Molekul DNA berbentuk sirkuler yang terdapat dalam selbakteri atau ragi disebut plasmid. Plasmid merupakan molekulDNA nonkromosom yang dapat berpindah dari bakteri satuke bakteri yang lain dan mempunyai sifat pada keturunanbakteri sama dengan induknya.
Selain itu, plasmid juga dapat memperbanyak diri melaluiproses replikasi sehingga dapat terjadi pengklonan DNA yangmenghasilkan plasmid dalam jumlah banyak. Karena sifat-sifatplasmid yang menguntungkan, maka plasmid digunakansebagai vektor atau pembawa gen untuk memasukkan gen kedalam sel target.
Contoh aplikasi penggunaan teknologi plasmid yang telahdikembangkan manusia adalah produksi insulin secara besar-besaran. Insulin dibuat di dalam tubuh manusia dengandikontrol oleh gen insulin. Insulin ini kemudian diambil daripulau langerhans tubuh manusia, lalu disambungkan ke dalamplasmid bakteri. Untuk menghubungkan gen insulin denganplasmid diperlukan rekombinasi genetik. Dalam rekombinasiDNA dilakukan pemotongan dan penyambungan DNA.
Proses pemotongan dan penyambungan tersebutmenggunakan enzim pemotong dan penyambung. Enzimpemotong dikenal sebagai enzim restriksi atau enzimpenggunting yang bernama restriksi endonuklease. Enzimpemotong ini jumlahnya banyak dan setiap enzim hanya dapatmemotong urutan basa tertentu pada DNA. Hasilpemotongannya berupa sepenggal DNA berujung runcing yangkomplemen. Selanjutnya, DNA manusia yang diinginkandisambungkan ke bagian benang plasmid yang terbuka denganmenggunakan enzim ligase DNA yang mengkatalis ikatanfosfodiester antara dua rantai DNA.
Potongan DNA antara gen manusia dengan benangplasmid ini bisa menyambung karena endonuklease yangdigunakan untuk memotong DNA manusia dan benangplasmid tersebut sama jenisnya. Sehingga, dihasilkan ujung-ujung yang sama strukturnya.
Bab 8 Bioteknologi
167
Gen manusia dan plasmid yang telah menyatu membentuklingkaran plasmid ini disebut kimera (DNA rekombinan).Kimera tersebut kemudian dimasukkan ke dalam sel targetE. coli. Bakteri ini akan hidup normal dan memiliki tambahanyang sesuai dengan sifat gen yang disisipkan. Bakteri E. colikemudian di kultur untuk dikembangbiakkan. Bakteri tersebutkemudian mampu menghasilkan hormon insulin manusia.
Hormon insulin ini akhirnya dapat dipanen untukdigunakan oleh orang yang membutuhkannya. Keuntungandari insulin hasil rekayasa genetik ini adalah insulin tersebutbebas dari protein hewan yang tercemar yang seringmenimbulkan alergi.
Gambar 8.13Proses pembuatan insulin
4. Fusi Sel (teknologi hibridoma)
Fusi sel (teknologi hibridoma) merupakan proses peleburanatau penyatuan dua sel dari jaringan atau spesies yang samaatau berbeda sehingga dihasilkan sel tunggal yang mengandunggen-gen dari kedua sel yang berbeda tersebut. Sel tunggal inidinamakan hibridoma yang mempunyai sifat-sifat kedua sel.
Contoh penggunaan teknologi hibridoma adalah produksiantibodi dalam skala besar. Antibodi adalah protein yangdihasilkan oleh sel limfosit B atau sel T yang bertugas melawansetiap benda asing (anti gen) yang masuk kedalam tubuh. Antibodi tertentu akan melawan antigen tertentu pula.
Dalam proses fusi sel, sel B atau sel T dijadikan sebagai selsumber gen yang memiliki sifat yang diinginkan, yaitu mampu
Sum
ber:
Enc
arta
Lib
rary
200
5
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
168
memproduksi anti bodi. Sedangkan, sel wadah atau sel targetdigunakan sel mieloma atau sel kanker yang mampu membelahdiri dengan cepat dan tidak membahayakan manusia.Kemudian, sel B atau sel T difusikan dengan sel mieloma. Untukmempercepat fusi sel, digunakan fusi gen (zat yangmempercepat terjadinya fusi). Contoh fusi gen adalah CSCl++,polietilenglikol (PEG), virus, dan NaNO3. Hasil fusi antara sellimfosit B dengan sel mieloma menghasilkan hibridoma yangmemiliki gen penghasil antibodi seperti induknya (sel B) dandapat membelah dengan cepat seperti sel mieloma.
Manfaat teknologi hibridoma yang lain, misalnya dalampemetaan genom manusia dan menyilangkan spesies secaragenetik dalam sel eukariotik.
5. Transplantasi Inti (nukleus)
Transplantasi inti (nukleus) ialah pemindahan inti dari selsatu ke sel yang lain. Sehingga diperoleh individu baru yangmempunyai sifat sesuai dengan inti yang diterima.
Transplantasi nukleus contohnya pada sel domba. Nukleusdari sel-sel ambing domba yang diploid dimasukkan ke dalamovum tanpa inti sehingga terbentuk ovum berinti diploid dariambing domba. Kemudian ovum melakukan pembelahanmitosis berulangkali menghasilkan morula, kemudian blastula.Lalu blastula diklonkan menjadi banyak sel dan inti dari setiapsel diambil untuk dimasukkan ke dalam ovum tak berinti yangberbeda sehingga terbentuk ovum diploid dalam jumlahbanyak. Masing-masing ovum dikultur secara in vitro danakhirnya setiap ovum menjadi individu baru yang memiliki sifatdan jenis kelamin yang sama.
E. coli dipilih sebagai sel target karena E. coli mudahdiperoleh dan dipelihara, tidak mengandung gen yangmembahayakan dan dapat membelah diri setiap 20 menit sekali.
12345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567123456789012345678901234567890121234567890123456712345678901234567890123456789012123456789012345671234567890123456789012345678901212345678901234567
Kamu telah mempelajari bioteknologi. Hal-hal penting apasajakah yang harus diketahui dalam mempelajarinya? Catatlah dalambentuk rangkuman. Catat pula daftar istilah yang perlu kamu ketahuidalam bab ini. Gunakanlah kamus biologi untuk membantumu.Kemudian, tukarlah hasil rangkumanmu dengan rangkuman teman.Berikan masukan dan saran pada rangkuman masing-masing.
Bab 8 Bioteknologi
169
1. Di bawah ini merupakan ilmu-ilmuyang digunakan dalam bioteknologi,kecuali ….a. mikrobiologib. biologi selc. biokimiad. taksonomie. genetika
2. Julukan Bapak Bioteknologi diberikankepada ….a. Louis Pasteurb. Charles Darwinc. Carollus Linnaeusd. Lamarcke. Erasmus Darwin
3. Mikroorganisme yang digunakanuntuk memisahkan logam dari bijihnyaadalah ….a. Aspergillus oryzaeb. Bacillus subhlisc. Rhizopus oryzaed. Lactobacillus bulgaricuse. Thiobacillus ferooxidans
4. Penerapan Bioteknologi untukmendapatkan varietas-varietas unggulakan menjurus pada ….a. menurunkan kualitas lingkunganb. menurunkan kualitas produk
pertanianc. meningkatnya keanekaragaman
ekologid. meningkatnya keanekaragaman
genetike. meningkatnya jenis hama tanaman
5. Totipotensi adalah kemampuan ….a. sel epidermis untuk menutup lukab. sel untuk membentuk individu baru
seperti induknya
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat di setiap soal-soal berikut.
c. tumbuhan memperoleh keturunandengan cepat
d. tumbuhan untuk mengganti selyang rusak
e. sel meristem untuk membentukindividu baru
6. Teknik perbanyakan tanaman yangmenghasilkan keturunan yangseragam dan dalam jumlah besaradalah ….a. stekb. menempelc. DNA rekombinand. menyambunge. kultur jaringan
7. Kultur jaringan mempunyai tujuan ….a. memperoleh bibit unggul dengan
cepatb. membiakkan jenis jaringan tertentuc. menghambat timbulnya jaringan
poliploidid. menanam tumbuhan dalam kultur
aire. mengembangkan jaringan meristem
8. Berikut ini yang merupakan contohproduk Bioteknologi modern, kecuali .…a. antibodi monoklonal untuk vaksin
hepatitisb. interferon, obat karena infeksi virusc. hormon insulin dalam skala besard. penisilin dan streptomisine. hormon tumbuh untuk mening-
katkan produksi daging
9. Mikroorganisme yang efektif untukpembuatan sel tunggal adalah ….a. Spirulina dan Fusariumb. Bakteri dan jamurc. Fusarium dan Chlorella
M a r i B e r k o m p e t e n s iM a r i B e r k o m p e t e n s i
SHARED BY: MY-DIARYZONE.BLOGSPOT.COM
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
170
d. Penicillium dan Saccharomycese. Chlorella dan Penicillium
10. Dalam pembuatan yoghurt, susu kental,ditanami mikroba sejenis Streptococcus,Thermophillus. Tujuannya adalah ….a. menurunkan lemak dan asamb. menurunkan suhu dan asamc. meningkatkan cita rasad. meningkatkan keasamane. menurunkan kadar asam
11. Bakteri Eschericia coli bisa digunakansebagai sel target dalam rekombinasigenetika karena hal berikut, kecuali ….a. E. coli mudah dipeliharab. E. coli mudah diperolehc. E. coli tidak mengandung gen yang
membahayakand. dapat membelah diri setiap 20 menite. dapat membela diri setiap 5 menit
12. Tahap-tahap teknologi plasmid untukmemproduksi insulin adalah ….a. pemotongan plasmid → gen insulin
→ bakterib. gen insulin dipotong → cangkok ke
bakteri → plasmidc. pemotongan gen insulin → plasmid
→ bakteri
d. bakteri dipotong → gen insulin →plasmid
e. gen insulin → bakteri → plasmid
13. Pada manusia, pertama kali ditetapkanteknologi rekayasa genetika adalahpada penderita penyakit ….a. asmab. ginjalc. jantungd. diabetese. stroke
14. Yang bukan termasuk teknologirekayasa genetika adalah ….a. teknologi plasmidb. teknologi hibridomac. kultur jaringand. transplantansi intie. fusi sel
15. Hibridoma sering digunakan untukmemperoleh antibodi. Sel hibridomamerupakan peleburan dari ….a. virus dan bakterib. kanker dan limfositc. bakteri dan sel limfositd. bakteri dan kankere. virus dan sel limfosit
B. Jawablah soal-soal berikut dengan singkat dan jelas.
1. Apakah yang dimaksud dengan Bioteknologi?
2. a. Apa yang dimaksud dengan kultur jaringan?b. Tuliskan beberapa keuntungan teknologi kultur jaringan.
3. Tuliskan beberapa aplikasi Bioteknologi dalam hal pangan.
4. Jelaskan proses rekayasa genetika dengan teknologi plasmid beserta contohnya.
5. Jelaskan apa yang dimaksud dengan:a. DNA rekombinanb. enzim restriksi endonuklease
Bioteknologi
171
Daftar Pustaka
Adisoemarto, S. 1992. Mengenal Nusantara Jenis-Jenis Fauna Penjati Diri Propinsi. Bogor:Komisi pengawasan nutfah nasional.
Depdiknas. 2003. Kamus Biologi. Jakarta: Balai Pustaka.Depdiknas. 2006. Kamus Besar Bahasa Indonesia. Edisi ketiga. Jakarta: Balai Pustaka.Depdiknas. 2006. Standar Isi. Jakarta: BSNP.Eugene P. Odum. 1996. Dasar-dasar Ekologi. Edisi ketiga. Yogyakarta: Gadjah Mada
University.Fenner Frank J, dkk. 1995. Virologi Veteriner. Edisi kelima. California: Academic
Press. Inc.http://id.wikipedia.org/wiki/kompos.htmhttp://id.wikipedia.org/wiki/pencemaran.htmIdjah Soemarto, dkk. 1981. Biologi Umum II. Jakarta: PT Gramedia.Kimbal, John W. 1994. Biologi. Jilid 1, 2, dan 3. Edisi kelima. Jakarta: Erlangga.Kindesley, Dorling. 2002. Jendela IPTEK Kehidupan. Jakarta: Balai Pustaka.----------- . 2002. Jendela IPTEK Ekologi. Jakarta: Balai Pustaka.library.thinkguest.org/26153/marine.Microsoft Encarta Library 2005.Microsoft Encarta Library 2006.panduwibowoputro.blog-city.com.Pearce, Evelyne. 1997. Anatomi dan Fisiologi untuk Paramedis. Jakarta: Gramedia
Pustaka Utama.Soemarworto, Otto. 1983. Ekologi Lingkungan Hidup dan Pembangunan. Jakarta:
Penerbit Djambatan.Solomon, et al. 1993. Biology. Third Edition. Forth Worth: Sounders-College
Publishing.Stern, Kingsley R. Introductory Plant Biology, Fourth Edition.Syaifuddin, H. 2000. Fungsi Sistem Tubuh Manusia. Jakarta: Widya Medika.Syaifuddin, H. 2000. Struktur dan Komponen Tubuh Manusia. Jakarta: Widya Medika.Tim Kashiko. 2002. Kamus Lengkap Biologi. Surabaya: Kashiko Press.www.e-edukasi.net.htm. 2005. Dunia Sains Ekologi. Jakarta: Elekmedia Komputindo.www.jatam.org/indonesia/case/migas/pencemaran_minyak/pseribu/
index.php.htm.www.menlh.go.id/airnet/Artikel01.htm.www.unsrat.ac.id.htm.
171
Daftar Pustaka
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
172
Indeks
AAlel, 42, 56, 76, 77, 80, 81, 83,
90, 138
Antipoda, 71
Apoenzim, 21, 38, 39
Auksin, 7, 8, 9, 12, 13, 17, 18,165
BBetaoksidasi, 36
Bidang equator, 63
Biokatalisator, 21, 23, 38, 39,40
DDiafototropisme, 13
Dihibrid, 75, 76, 78, 79
Dikotil, 2, 3, 4, 18
DNA, 37, 41, 42, 43, 44, 45,46, 47, 50, 51, 52, 53, 54,55, 57, 58, 60, 61, 62, 95,96, 113, 114, 133, 135,153, 154, 156, 265, 166,167, 169, 170
EEksplan, 165
Endosimbion, 115
Enzim, 19, 20, 21, 22, 23, 24,25, 26, 29, 39, 40, 50, 90,154, 165, 166, 167
Epigeal, 3, 16
Epistasis, 75, 82, 102
Etiolasi, 12, 16
FFermentasi, 30, 31, 38
Fotoperiodism, 14
GGen, 42, 43, 50, 76, 77, 80, 81,
83, 88, 89, 90, 101, 138,239, 141, 142, 146, 149,
153, 154, 156, 165, 166,167, 168, 170
Genom, 48, 56, 100
Giberelin, 7, 8, 17, 18
Glikolisis, 27, 28, 29, 30, 31,32, 38
HHaloenzim, 22, 39
Hibridoma, 167
Hipogeal, 3, 16
Hipostasis, 75, 82
Homologi, 131, 132, 150
IInhibitor, 25, 38
Irreversible, 2, 24
In vitro, 52
KKiasma, 64, 83, 102
Kimera, 167
Klorosis, 10, 16
Kodon, 47, 52, 53, 95, 96
Kofaktor, 21, 22, 39, 40
Kolkisin, 101
Kriptomeri, 75, 80, 103
Kromosom, 43, 48, 49, 56, 58,62, 66, 83, 84, 85, 86, 87,91, 92, 96, 99, 100, 101,103, 104
LLingkaran tahun, 6, 16
Leaching, 163
MMegasporogenesis, 71, 74
Meiosis, 59, 60, 61, 62, 64, 66,67, 68, 69, 73, 74, 83, 85,86, 97, 104, 147
Mesofil, 152
172
Mikrosporogenesis, 70, 74
Mitosis, 59, 60, 61, 62, 63, 66,67, 68, 69, 73, 74, 86
Monohibrid, 75, 76, 77, 78, 102
Monokotil, 2, 3, 4
Mutagen 95, 102
Mutagenesis, 95
Mutan, 95, 102, 136
NNebula, 106
Nukleosida, 44, 45
OOogenesis, 68, 69, 73
Oogonium, 69
Oosit primer, 69, 70
Oosit sekunder, 70
PPalisade, 33
Partenokarpi, 7, 16
Polimeri, 75, 81, 103
Psikrofil, 152
RReversible, 37
RNA, 37, 41, 42, 43, 44, 46, 47,50, 51, 52, 57, 58, 113, 133
SSicklemia, 53
Spermatogenesis, 68, 73
Spons, 33
TTermofil, 152
Totipotensi, 153, 165, 169
Trankripsi, 46, 50, 51, 56
Translasi, 50, 51, 56
Transversi, 95, 96
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
SHARED BY: MY-DIARYZONE.BLOGSPOT.COM
Bioteknologi
173173
Indeks
Biologi untuk SMA/MA kelas XII Program IPA
174
ISBN 978-979-068-831-5 (No. Jilid Lengkap)ISBN 978-979-068-841-4
Harga Eceran Tertinggi (HET) Rp15.035,-
SHARED BY: MY-DIARYZONE.BLOGSPOT.COM
Top Related