TUGAS MAKALAH
MATA KULIAH GENETIKA MOLEKULER PEMBUKTIAN DNA SEBAGAI MATERI GENETIK
Disusun oleh :
Nama : Sarifatul Maulidia Yz
BP : 1410421015
DOSEN PENGAMPU : Dr. Dewi Imelda Roesma, M.Si
JURUSAN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS ANDALAS
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Para ahli pada tahun 1930-an telah melakukan studi dan mempelajari susunan kimia gen melalui pendekatan biofisik dan biokimia. Hal ini yang kemudian berkembang melahirkan cabang ilmu baru yang disebut Biologi Molekular (Henuhili, 2000) Biologi molekuler merupakan ilmu pengetahuan merupakan multi disiplin ilmu dari
biokimia, biologisel, dan genetika yang mempelajari aktivitas biologi pada level molekular, termasuk interaksi antara perbedaan tipe DNA, RNA, protein, dan biosintesisnya (Wahyudi, 2011).
Istilah biologi molekular pertama kali diperkenalkan oleh William Astbury pada tahun 1945. Biologi molekular pada saat ini diartikan sebagai ilmu yang mempelajari fungsi dan organisasi jasad hidup (organisme) ditinjau dari struktur dan regulasi molekular unsur atau komponen penyusunnya.
Biologi molekular atau biologi molekul merupakan salah satu cabang biologi yang merujuk kepada pengkajian mengenai kehidupan pada skala molekul. Hal ini menyangkut tentang interaksi molekul dalam benda hidup dan kesannya, terutama tentang interaksi berbagai sistem dalam sel, termasuk interaksi DNA, RNA, dan sintesis protein, dan bagaimana interaksi tersebut diatur. Bidang ini juga berhubungan dengan bidang biologi (dan kimia) lainnya, terutama genetika dan biokimia.
Perkembangan ilmu dan pengetahuan dalam biologi molekuler, khususnya pada pengkajian karakter bahan genetik telah menghasilkan kemajuan yang sangat pesat bagi perkembangan penelaahan suatu organisme dan pemanfaatannya bagi kesejahteraan manusia (Suryanto, 2003). Keterkaitan antara Genetika dan Biologi Molekular ini memunculkan istilah Genetika Molekular, yaitu ilmu yang
mempelajari tentang seluk beluk gen (Henuhili, 2000). Area penting dalam genetika molekuler adalah penggunaan informasi molekuler untuk menentukan pola penurunan atau hereditas, dan juga dalam pengklassifikasian (molecular systematics) melalui penggunaan metode-metode genetika dan biologi molekuler (Sutarno, 2012)
muncul dari ahli biologi selama lebih dari 50 tahun (Johnson, G dan Raven, 2002) Berdasarkan uraian di atas, maka makalah ini disusun untuk memahami pembuktian DNA sebagai materi genetik
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari penyusunan makalah ini adalah
1. Apa yang dimaksud dengan materi genetik dan apa persyaratan yang harus
dipenuhi material genetik?
2. Bagaimana struktur DNA dan menghubungkan DNA dengan persyaratan genetiknya?
3. Bagaimana pembuktian DNA sebagai materi genetik?
1.3 Tujuan
II. PEMBAHASAN
2.1 Materi Genetik
Menurut Goodenough (1988), persyaratan tertentu harus dipenuhi molekul manapun, bila molekul itu akan memenuhi syarat sebagai substansi yang meneruskan informasi genetik. Persyaratan tersebut adalah
1. Material genetik harus mengandung informasi biologis
2. Material genetik harus diperbanyak dan dipindahkan ke sel atau dari generasi ke generasi
3. Material genetik harus dapat mengekspresi sendiri sehingga akan dihasilkan dan dipertahankan molekul biologis yang lain dan akhirnya adalah sel dan organisme.
4. Material genetik harus mampu bervariasi
2.2 Struktur DNA dan Menghubungkan Struktur DNA dengan Persyaratan Genetiknya
2.2.1 Struktur DNA
Pada tahun 1953 Watson dan Crick mengemukakan model fisis dan kemis struktur DNA yang didasarkan pada 3 data sbb.:
a. Molekul DNA tersusun atas tiga komponen utama yakni, basa nitrogen, gula ribosa, dan fosfat yang terangkaidalam suatu rantai polinukleotida. Sebuah nukleotida selalu memiliki ujung 3’ –OH dan 5’P, sehingga dalam
Gambar 1. Struktur Nukleotida
b. Dan percobaan Chargaff yang melakukan hidrolisis DNA diketahui bahwa perbandingan basa purin dan pirimidin dari DNA sebesar 50% : 50%. Lebih jauh lagi dikemukakan bahwa jumlah adenin sebanding dengan
Gambar 2. Aturan Chargaff
(a) (b) (c) (a) (b) (c)
Gambar 3. Tipe Double Helix DNA (a) B-DNA (b) A-DNA (c) Z-DNA
Tabel 1. Perbedaan Tipe Double Helix DNA (sumber:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21134/table/A5274/?report=objectonly)
Nukleotida terdiri dari:
a. Satu molekul gula (dalam hal ini adalah "deoksiribosa") mengandung 5 karbon.
b. Satu molekul fosfat
Gambar 5. Fosfat
c. Satu molekul basa nitrogen. Basa nitrogen tersebut berikatan dengan carbon pertama dari gula deoksiribosa, sedangkan fosfat berikatan dengan Carbon
kelima dari gula yang sama. Basa nitrogen yang menyusun nukleotida dikelompokan menjadi 2 yaitu:
ď‚· Âľ Purine, yaitu basa nitrogen yang strukturnya berupa dua cincin . Termasuk diantaranya adalah : uanine dan uanine.
ď‚· Âľ Primidin, yaitu basa nitrogen yang strukturnya berupa satu cincin . Termasuk diantaranya adalah : citosin dan timin.
2.2.2 Menghubungkan Struktur DNA dengan Persyaratan Genetiknya Material genetik harus mengemban informasi – ini adalah persyaratan pertama materi genetik. Dari struktur DNA, terlihatlah bahwa urutan basa sepanjang suatu rantai polinukleotida dapat mengandung informasi genetik.
Replikasi DNA. Suatu material genetik harus mampu menggandakan dirinya sendiri secara sempuma sehingga setiap sel anak memiliki materi yang identik dengan materi genetik tetuanya, termasuk didalamnya kemampuan untuk mengalami mutasi karena di dalam pertumbuhan dan perkembangan suatu organisme hal ini sering terjadi. Watson dan Crick dalam papernya telah menjelaskan akan kemampuan ini yang dimiliki oleh DNA, dimana proses ini berlangsung secara luar biasa akurat. Didalam papemyakedua ahli tersebut menunjukkan bahwa kesalahan yang terjadi didalam suatu proses replikasi DNA hanya sebesar satu per satu milliar.
Ekspresi DNA. Urutan nukleotida dalam molekul DNA mungkin diterjemahkan ke dalam urutan asam amino di dalam polipeptida. Variasi DNA
Urutan nukleotida di dalam genome menentukan urutari asam amino di tingkat polipeptida melalui proses transkripsi dan translasi. Apabila terjadi perubahan urutan nukleotida di dalam satu titik tertentu, maka terjadi pula perubahan urutan asam amino.perubahan pada urutan nukelotida ini disebut dengan mutasi. Mutasi ini bisa dikarenakan oleh banyak penyebab, atara lain: sinar gamma, sinar ultra violet, serta zat kimia tertentu (Goodenough, 1988)
2.3 Pembuktian DNA sebagai Materi Genetik
Kromosom terdapat di dalam gen. Komponen kimiawi kromosom, DNA dan protein, perlu pembuktian yang mana yang merupakan materi genetik. Seorang ahli
permukaan sel yang kasar, karena tidak diselubungi oleh kapsul. Bakteri ini disebut bakteri tipe R (singkatan dari rough).
Percobaan Griffith memberikan penjelasan awal tentang adanya sesuatu yang dapat berpindah dan menyebabkan terjadinya perubahan pada sel tersebut. Empat perlakuan yang dilakukan Griffith adalah sebagai berikut :
1. Tikus yang disuntik dengan kultur bakteri tipe S mati
2. Tikus lain yang disuntik dengan bakteri tipe R nonvirulen tidak mati
3. Bakteri tipe S dimatikan dengan pemanasan 60oC selama 3 jam, kemudian disuntikkan pada tikus, ternyata tikus tersebut tetap sehat. Kesimpulan dari percobaan ini adalah bakteri virulen S akan menyebabkan penyakit pada tikus, apabila dalam keadaan hidup.
4. Griffith mencampur bakteri tipe S yang telah mati karena pemanasan dengan bakteri tipe R, kemudian disuntikan pada tikus. Tikus percobaan sakit, dan dari hasil otopsi, ditemui banyak bakteri tipe S pada tikus tersebut. Ada substansi yang berasal dari bakteri tipe S yang sudah mati, mengubah sel bakteri tipe R menjadi bentuk bakteri virulen (tipe S). Sifat patogenitas yang dimiliki bakteri tipe R ini ternyata diwariskan ke semua keturunannya. Pada percobaan ini Griffith belum mengetahui substansi yang menyebabkan perubahan yang diwariskan. Fenomena ini disebut transformasi, yaitu perubahan genotip dan fenotip yang disebabkan oleh asimilasi DNA eksternal
Gambar 7. Percobaan Griffith
Percobaan Griffith dilanjutkan oleh Oswald Avery, Colin MacLeod dan
kultur bakteri tipe S yang telah mati karena pemanasan. Mereka memecah sel bakteri dengan detergen dan menggunakan sentrifus memisahkan komponen sel (ekstrak sel) dengan penyusun sel lainnya. Ekstrak sel bakteri tersebut kemudian diinkubasi bersama kultur bakteri R yang hidup, kemudian ditumbuhkan pada media kultur di petridish. Adanya pertumbuhan bakteri S pada media kultur menunjukkan bahwa ekstrak mengandung prinsip transformasi, yaitu materi genetik dari bakteri S mengubah bakteri R menjadi bakteri S. Avery dkk menduga bahwa satu diantara komponen makromolekul yang terdapat di dalam ekstrak-- polisakarida, protein, RNA, dan DNA -- adalah penyebab transformasi.
Untuk menentukan penyebabnya, komponen penyusun sel dirusak satu per satu dengan menggunakan enzim yang spesifik untuk substansi tersebut. Contoh : untuk merusak protein menggunakan enzim protease, untuk merusak RNA menggunakan enzim ribonuklease. Hasil percobaan ini membuktikan bahwa degradasi komponen–komponen penyusun sel tidak menghalangi berlangsungnya prinsip transformasi, kecuali ketika molekul DNA dirusak dengan menggunakan enzim deoksiribonuklease.
Percobaan ini dimana terjadi transformasi pada bakteri membuktikan bahwa DNA merupakan materi genetik. Dalam hal ini ditemukan bahwa DNA merupakan materi genetik pada bakteri (Lewin, 2004).
Bukti lain bahwa DNA merupakan materi genetik dibuktikan dari bakteriofag. Komponen virus terdiri dari DNA (atau RNA pada virus tertentu) dan protein yang menyelubunginya. Untuk memperbanyak diri, virus harus menginfeksi sel dan mengambil alih perangkat metabolisme sel tersebut. Bakteriofag artinya pemakan bakteri. Materi genetik dari bakteriofag yang dikenal sebagai T2 itu adalah DNA. Alfred Hershey dan Martha Chase menyebutkan T2 merupakan salah satu dari faga yang menginfeksi bakteri Escherichia coli (E. coli) yang hidup di usus mamalia. Seperti virus lainnya T2, terdiri dari DNA dan protein. Melalui E.coli, T2 bisa memperbanyak diri, sehingga disebutkan bahwa E.coli sebagai pabrik penghasil T2 yang dilepas ketika sel itu pecah. T2 dapat memprogram sel inang (E.coli) untuk memproduksi virus, tetapi belum diketahui bagian mana dari virus tersebut yang berperan program tersebut, protein atau DNA. Hershey dan Chase melakukan percobaan untuk membuktikan bagian mana
dari dua komponen penyusun T2 yang masuk ke dalam sel bakteri. Dalam percobaan ini mereka menggunakan isotop radio aktif yang berbeda untuk menandai DNA dan protein. Pertama kali, T2 ditumbuhkan dengan E.coli dalam sulfur radio aktif (35S). Karena protein mengandung sulfur, atom-atom radio aktif ini hanya masuk ke dalam protein faga tersebut. Dengan cara yang serupa, kultur T2 yang berbeda ditumbuhkan dalam fosfor radio aktif (32P).
Karena DNA mengandung fosfor, bukan protein, maka fosfor radio aktif akan melekat pada DNA. Kedua macam kultur mengandung T2 yang sudah berlabel radio aktif tersebut kemudian dibiakkan secara terpisah bersama kultur E. Coli yang non radio aktif. Setelah terjadi infeksi, kultur diblender untuk melepaskan bagian faga yang terdapat di luar sel bakteri. Hasil blender kemudian diputar dengan sentrifus, sehingga ada bagian sel yang membentuk pelet di dasar tabung sentrifus. Bagian lainnya yang lebih ringan berada di dalam cairan (supernatan).
mengandung partikel-partikel virus. Hasil ini membuktikan bahwa protein faga tidak memasuki sel inang. Pada bakteri yang terinfeksi faga T2 yang DNA-nya ditandai dengan fosfor radioaktif, hasil peletnya yang merupakan materi bakteri, sebagian besar mengandung unsur radioaktif tersebut. Ketika bakteri tersebut dikembalikan ke dalam kultur, infeksi terus berjalan, dan melepaskan faga-faga yang mengandung fosfor radioaktif.
Hershey dan Chase menyimpulkan bahwa DNA virus masuk ke dalam sel inang, sementara sebagian besar protein tetap berada di luar. Masuknya molekul DNA ini menyebabkan sel-sel memproduksi DNA dan protein virus baru. Peristiwa ini membuktikan bahwa asam nukleat merupakan materi genetik.
Pada umumnya organisme memiliki DNA sebagai materi genetiknya, tetapi sebagian virus yang menginfeksi bakteri memiliki RNA sebagai pembawa informasi genetik. TMV (Tobacco Mosaic Virus) adalah virus penyebab penyakit pada tanaman tembakau yang memiliki RNA, bukan DNA, sebagai materi genetiknya.
A Gierer dan G. Schramm pada tahun 1956 melakukan percobaan menginokulasi RNA murni dari TMV pada tanaman tembakau. Percobaan ini dilanjutkan oleh H. Fraenkel-Conrat dan B. Singer pada tahun 1957. Mereka memisahkan RNA dan protein dari strain TMV yang berbeda. RNA dan protein tersebut kemudian di rekonstruksi dengan pasangan yang RNA dan protein dari strain yang berlainan. Kedua hasil hibrida virus ini kemudian diinfeksikan pada daun tanaman tembakau. Isolasi virus dari daun yang terinfeksi menunjukkan bahwa gejala penyakit yang disebabkan hibrida virus tersebut sangat spesifik dengan RNA dari strain TMVnya, bukan proteinnya. Dari percobaan ini dapat ditarik kesimpulan bahwa pada TMV, RNA adalah materi genetik.
III. PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Berdasarkan uraian diatas, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Persyaratan untuk menjadi materi genetik adalah menyimpan informasi, replikasi, variasi, dan mengekpresikan informasi
2. Dari struktur DNA terbukti DNA adalah materi genetik karena menyimpan informasi, replikasi, variasi, dan mengekspresikan informasi
3. Pembuktian DNA sebagai materi genetik diperoleh dari percobaan Griffith, percobaan Oswald Avery, Colin Mcleod dan Mccarty (DNA sebagai materi genetik Bakteri), dan percobaan Hersey dan Chase (DNA sebagai materi genetik Virus).
3.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
Brown, T. 2002. Genomes 2nd ed. Wiley-Liss. Oxford
Goodenough. 1988. Genetika Edisi ketiga Jilid 1. Erlangga. Jakarta.
Henuhili, V. 2000. Genetika Molekuler. UNY. Yogyakarta. http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pendidikan/Ir.%20Victoria%20Hen
uhili,%20%20M.Si./Genetika%20Molekular_diktat%20kuliah.pdf
Johnson, G dan Raven. 2002. Biology 6th edition. McGraw-Hill Publishing Company, Dubuque, Iowa.
Lewin, B. 2004. Genes. Pearson Prentice Hall. Pearson Education, Inc.
Suryanto. 2003. Melihat Keanekaragaman Organisme Mealui Beberapa Teknik Genetika Molekuler. USU. Medan.
Sutarno. 2012. Kimia dari Gen. UNS. Semarang
http://sutarno.staff.uns.ac.id/files/2012/10/Genetika-5-kimia-materi-genetik.pdf
Wahyudi, Ivan Arie. 2011. Biologi Molekuler-Prinsip Dasar Analisis. Erlangga. Jakarta
