Genom Kloroplas

(1)

Genom Kloroplas

Eva Sartini Bayu

Program Studi Budidaya Pertanian Fakultas Pertanian

Universitas Sumatera Utara

I. PENDAHULUAN

Kloroplas berasal dari protoplastid kecil (plastid yang belum dewasa, kecil, dan hampir tak berwarna, dengan sedikit atau tanpa membran dalam). Protoplastid membelah pada saat embrio berkembang, dan berkembang menjadi kloroplas ketika daun dan batang terbentuk. Tiap kloroplas dikelilingi oleh sistem atau selimut membran ganda yang mengatur lalu lintas molekul keluar masuk kloroplas. Pada bagian tertentu kloroplas terdapat tumpukan tilakoid yang disebut grana.

Di kloroplas terdapat DNA, RNA, ribosom dan tentu saja berbagai enzim. Semua molekul ini sebagian besar terdapat di stroma, tempat berlangsungnya transkripsi dan translasi. DNA kloroplas (genom) terdapat dalam 50 atau lebih lingkaran jalur-ganda melilit dalam tiap plastid. Berbagai gen plastid menyandi semua molekul RNA-pemindah (sekitar 30), dan molekul RNA-ribosom (empat) yang digunakan oleh plastid untuk translasi. Kira - kira 85 gen seperti ini menyandi protein yang terlibat dalam transkripsi, translasi dan fotosintesis, tapi sebagian besar protein di plastid disandi oleh gen nukleus.

Kloroplas DNA, dapat diperoleh dari suatu jenis tanaman hijau, dari alga sampai tumbuhan angiospemae, perbedaannya sangat kecil dari mtDNA kecuali dari bentuknya. Biasanya berbentuk bundar atau lingkaran, dengan panjang sekitar 37µm - 44 µm, ukuran dari berat molekul kira -kira 1 x 107 dalton. Bahan ekstrak atau sari dari chlDNA bisa dari selada, kacang polong, gandum, Euglena, dan Chlamidomonas, yang menunjukkan kesamaan ukuran dalam bentuk lingkaran, tetapi untuk alga laut, Acetabularia mediterranea, dihasilkan panjang molekul diatas 200 um dan dengan berat molekul kira -kira 1 x 109 dalton. Apakah itu seperti panjang molekul yang mewakili kloroplas genome tunggal atau beberapa yang menyusun kedua-duanya yang belum diketahui. Molekul lurus sudah ditemukan dalam pengujiaan seluruh spesies, tetapi itu kelihatannya hasil dari siklus pemecahan.

II. GENOM KLOROPLAS

Kloroplas adalah organel seluler yang hanya ditemukan pada tumbuhan hijau dan protista yang berfotosintesis, dan mereka mampu melakukan fotosintesis di sel. Kloroplas memiliki dinding ganda yang melindungi bagian dalam, klorofil terdiri dari struktur lameral protein dan kaya akan stroma. Seperti halnya mitokondria, kloroplas memiliki genom mereka sendiri, walaupun kita tidak tahu banyak mengenai genom kloroplas seperti yang kita ketahui tentang genom mitokondria.

Struktur dan Replikasi

Struktur dari genom kloroplas sama dengan struktur genom mitokondria. Seperti diketahui, DNA tersusun atas utas ganda, berpilin, dan terdiri dari struktur protein. DNA kloroplas lebih besar dari pada DNA mitokondria hewan, dengan ukuran antara 80 kb hingga 600 kb. Barisan DNA dari genom kloroplas dari setiap individu sudah terdeteksi. Sebagai contoh,

(2)

genom Tembakau adalah 155,844 bp; dan genom Padi adalah 134,525 bp. Semua genom kloroplas terdiri dari banyak barisan DNA yang tidak bertenda.

Jumlah tiruan dari DNA kloroplas pada setiap kloroplas bervariasi setiap spesies. Dalam hal mi ada tiruan ganda dari setiap kloroplas, semua ditemukan pada daerah nukleus ganda yang juga menghasilkan tiruan ganda. Pada individu uniseluler seperti alga hijau Chlomydomonos, satu kloroplas dalam sel terdiri antara 500 sampai 1500 molekul DNA kloroplas.

Organisasi Gen Pada DNA Kloroplas

Genom kloroplas terdiri dari dua gen, pada setiap kloroplas terdapat RNA ribosom (16 S; 23 S; 4,5 S; 5 S). Berbeda dengan DNA mitokondria yang hanya memiliki satu tiruan gen. Genom juga terdiri dari gen untuk RNA transfer, dan gen untuk yang lainnya, tetapi bukan semuanya, susunan protein untuk transkripsi dan translasi dari gen yang sudah ditandai pada kloroplas (seperti protein ribosom, sub unit RNA Polimerase, dan faktor-faktor translasi) atau untuk proses fotosintesis. Intron ditemukan pada beberapa, tetapi tidak pada semua kode protein dan gen RNA transfer pada DNA kloroplas. Protein lain ditemukan dalam kloroplas adalah gen inti (nukleus).

Ukuran yang besar dari molekul ini, adalah suatu perbandingan dari mtDNA, yang akan memberikan suatu kesan yang lain yang mana pada bahan substansi lebih, struktur pengkodean gen untuk protein-protein terdapat didalam chloroplas genome.

Plastid, seperti mitokondria yang mempunyai alat produksi ribosomal sendiri. Di dalam jagung, gen RNA disalin menjadi bagian dari suatu 20000 nukleotide pasangan membalikkan pengulangan, dengan 5S rDNA berbatasan sampai 23S rDNA, karena itu adanya didalam E. Coli, dan dengan pemisahan keduanya dari 16S rDNA oleh alat pengatur dasar. Dalam sel eukariot kadang-kadang perbandingannya, rangkaian 28S dan 18S rDNA yang bersebelahan satu sama lainnya, sedangkan rangkaian 5S rDNA ditempatkan dimana saja didalam gen.

Translasi Di Kloroplas

Sintesis protein kloroplas menggunakan organel yang spesifik seperti 70 S Ribosom yang terdiri dari 50 S dan 30 S sub unit Sub unit 50 S terdiri dari satu tiruan seperti 23 S, 5 S, dan 4,5 S RNA Ribosom. Dan sub unit 30 S terdiri dari satu timan 16 S RNA Ribosom. Jumlah protein ribosom pada setiap sub unit ribosom kurang dibatasi dengan baik; beberapa adalah kode nukleus (inti) dan beberapa adalah kode kloroplas. Sintesis protein dalam kloroplas sama dengan proses pada organisme prokariot. RNA transfer digunakan untuk menentukan semua protein, dan kloroplas menggunakan organel spesifik penyebab inisiasi (Ifs), penyebab pemanjangan (Efs), dan penyebab pelepasan (RFs). Kode genetik universal digunakan dalam sintesis protein kloroplas. Seperti ribosom mitokondria, ribosom kloroplas resisten terhadap siklus tengah segi enam, penghambat dari ribosom sitoplas, tetapi sebenarnya sangat sensitif pada semua penghambat sintesis protein pada prokariot. Dengan menggunakan antibiotik esensial denganjalan yang sesuai, kita bisa mendeskripsikan sintesis dari sub-sub unit protein mitokondria dan sintesis protein kloroplas. Protein yang penting pada kloroplas adalah ribulosa biposfat karboksilase, enzim pertama yang digunakan pada proses fiksasi dari karbon dioksida pada proses fotosintesis. Enzim ini merupakan protein penting dan ditemukan pada kloroplas semua tanaman berembun. Sejak tersusun sekitar 50 % protein yang ditemukan pada tumbuhan hijau berembun, enzim im menjadi protein terkenal di dunia. Ribulosa biposfat karboksilase terdiri dari delapan polipeptida, empatjenis ukuran kecil dan empat jenis ukuran besar. Polipeptida ukuran kecil ditandai dengan sebuah gen inti (nukleus), dan polipeptida yang besar ditandai dengan sebuah gen kloroplas.

Sisa kromosom diringkaskan pada waktu sebelumnya dalam beberapa spesies, sedangkan yang lain dari mereka boleh menjalani proses perobahan transkripsi dan translasi. Dari analisis kimia kromatin pada spesies dinoflagellata menunjukkan kehadiran RNA yang sangat kecil didalam kromosom, dan protein yang berkumpul ditempat kromosom adalah suatu bentuk massa kromatin yang lebih kecil dibandingkan ciri khas dari sel eukariotik. Demikian, periakuan

(3)

pemotongan material dengan DNase memperoleh hasil yang jauh lebih baik dari DNA, tetapi sebenamya bukan pengurangan protein. Bagaimanapun, sedangkan sedikitnya jumlah protein dasar dan oleh karena itulah kelihatan seperti histon eukariotik yang umum. Satu diantara mereka dapat menggerakkan electrophoretic yang benar - benar mirip dengan histon 4 dari jagung. Dalam hal ini, DNA dinoflagellata adalah benar-benar unik dalam ketinggian, tetapi faktomya yang tetap, bentuk (12% - 68%) dari hydroxymethyluracil menggantikan timin, ketika rangkaian nukleotida diketahui hanya dalam DNA diperlukan virus yang dapat menginjeksi Bacillus subtilis. Juga, beberapa spesies mengandung sejumlah bahan 5-methylcytosme-16% dalam Exaviaella cassubica sedangkan spesies yang lain Peridinum triquetrum, mengandung 2%-3% methyladenine. Yang terakhir dua rangkaian nukleotida tidak dikenal dalam sel eukariotik, tetapi mereka sekarang ditemukan dalam sejumlah indikasi. Ciri khas periode S eukariotik pada sintesis DNA sudah jelas dalam sebuah pengujian semua spesies yang sudah terlalu jauh.

Benang-benang DNA dapat diketahui dengan mikroskop elektron dalam kromosom dari dinoflagellata, tetapi sisa struktur yang sebenamya masih diragukan. Oakley dan Dodge memperlihatkan, bahwa analisa mikrographik elektron pada sebuah bagian, mengatakan kromosom dari Glenodinium hallii pada metafase akan bergulung, dua kromatid-kromatidnya akan berlilit satu sama lain disekeliling sebuah pita electrik ketika terlempar kedalam gulungan. Kromatid-kromatid ini, bagaimanapun kelihatannya tidak mempunyai gambaran akhir dimana kekuatannya memberi kesan bahwa kromosom itu melingkar, adalah suatu keistimewaan prokariotik. Bagaimanapun suatu komosom, yang diringkaskan selama siklus sel, dapat mereplikasi memisah ke dalam masing-masing sisa kromatid, walaupun keberadaan Y dan V bentuk wujud di dalam profase tidak menandai adanya hambatan dari struktur lingkaran.

Ini tidak sekuat kenyataan seperti kromosom politen. Dalam studi induksi mutasi menunjukkan bahwa dinoflagella adalah haploid. Reproduksinya secara seksual dan meiosisnya sudah dapat diamati, hanya pada fase zygot yang diploid selama daur hidupnya. Selanjutnya eukariotik yang terpenting adalah DNA berulang, jumlah dalam beberapa jenis sebanyak 55% tentang genom.

Isilah mesokariot adalah suatu nilai ragu-ragu yang tujuannya adalah untuk menyiratkan bahwa organisme mi adalah transisi atau peralihan antara prokariot dan eukariot. Loeblich, menyatakan sesungguhnya mengklasifikasikan dinoflagella kedalam eukariot dan menyatakan bahwa mereka mungkin telah meningkatkan penetapan sebelum penuh dengan wama sel eukariot yang utama dan struktur kromosom. Kemungkinan dukungan ini datang dari konsep pada pengamatan tentang Glenodimum foliaceum, dua nukleus ini mempunyai perbedaan yangjelas satu sama lainnya, satu yang bertipe mesokariote dengan kromosom - kromosom dan yang satunya lagi eukariot, dengan pembelahan diffusi pada saat interfase, jelas heterokromatin, dan sebuah inti dengan rongga-rongga.

Adapun salah satunya turunan dari yang lain seperti makro nukleus adalah turunan dari mikronukleus pada beberapa protozoa tidak dapat ditunjukkan, tetapi keseimbangan itu jelas kelihatan pada dinoflagellata pada bagian eukariotik pada taksonominya, meskipun itu adalah kesamaan yang sudah merata diikuti oleh lintasan evolusi mereka sendiri (Swanson dkk, 1981).

Keunggulan Mitokondria dan Kioroplas dalam Sintesis Protein

Energi organel adalah komponen eukariotik sel, tetapi integral corak tertentu menunjukkan bahwa mereka pantas dipertimbangkan, baik jumlah struktural dan fungsionalnya. Sebagai contoh, sistem membran intemal mereka, yang terorganisir dalam susunan yang rapi dan spesifik untuk menyelesaikan reaksi penting dan spesifik bagaimana membuat energi tersedia untuk sel, dan acuan/matriks mereka yang mengandung air terpisah dari sisa dari sitoplasma oleh membran lain. Dengan kata lain, bukan tidak mungkin mitokondria maupun kloroplas muncul/bangkit, tetapi dari pertumbuhan dan divisi dari mitochondria yang lain dan plastid. Kita juga mengetahui bahwa mitokondria dankloroplas terdiri dari DNA yang bisa bereplikasi; RNA yang bisa mendorong sintesa protein; dan ribosom sebagai mesin atau tempat untuk sintesa

(4)

protein. Bagaimanapun, DNA dan sistem sintesa protein memiliki perbedaan yang signifikan dari sistem kerja inti/nukleus dan sitoplasma, walaupun ditemukan persamaan dalam sel prokariot. Sebagai contoh, beberapa molekul DNA yang berada pada jalur lingkaran, dan keduanya (organel ribosom dan komponen RNA) jarang ditemukan pada pinggiran sitoplasma di luar organel. Ini menunjukkan bahwa organel DNA mengerjakan kode untuk sedikitnya salah satu organel protein, dan mutasi tertentu yang mempengaruhi struktur dan aktivitas mitokondria atau kloroplas, yang dikenal untuk menunjukkan kelebihan dari sitoplasma dibandingkan yang biasa dikerjakan nukleus. Ada juga bukti baik yang menunjukkan molekul organel ribosom dan RNA transfer, yang ditranskripsikan dari organel DNA dan sintesa protein dari beberapa organel yang terjadi pada ribosom. Bagaimanapun juga bahan yang dilibatkan dalam pembentukan RNA messenger, diperoleh dari inti/nukleus dan dari organel DNA; tetapi kloroplas dan mitokondria memegang peranan sendiri dalam sintesis komponen mereka.

Kedua derajat tingkat otonomi yang ditunjukkan oleh kloroplas dan mitochondria, dan struktur serta corak biokimia yang mereka tunjukkan pada alga hijau-biru dan bakteri, sudah menunjukkan asal-usul simbiotik dari organel ini; dimana, mereka menunjukkan bahwa tidak perlu dalam jumlah besar, tetapi merupakan unsur esensial (mutlak diperlukan) di dalam sel. Berdasarkan perkembangan evolusi, berdasarkan hipotesis ini, peran mereka di dalam lingkungan simbiotik telah menjadi berubah fungsi menjadi lebih sulit (Swanson and Webster, 1989).

III. KESIMPULAN

1. DNA tidak hanya terdapat di inti sel tetapi DNA terdapat juga dalam kloroplas. 2. Semua genom kloroplas terdiri dari banyak barisan DNA yang tidak bertenda.

3. kloroplas menggunakan organel spesifik penyebab inisiasi (Ifs), penyebab pemanjangan (Efs), dan penyebab pelepasan (RFs).

4. mitokondria dan kloroplas memilki organel yang mampu mensintesis protein sendiri. 5. RNA messenger, diperoleh dari inti/nukleus dan dari organel DNA.

DAFTAR PUSTAKA

Lab. Sitogenetika., Extranuclear Genetics. Chapter 20.

Salisbury F.B dan C. W Ross., 1995. Fisiologi Tumbuhan. Jilid 2. ITB-Press, Bandung.

Swanson C.P., Merz T., Young W.J., 1981. Cytogenetics, the chromosome in Division, Inheritance and Evolution. Second edition. Prentice-Hall,Inc, Englewood ClifFs.

Swanson C.P aw/P.L Webster., 1989. The Cell. Fourth Edition. Prentice-HallJnc, of Modem Biology Series.