Modul 7 - Genetika 1

DOWNLOAD

Pendahuluan

Genetika merupakan salah satu bahan kajian biologi molekuler yang penting dalam mengembangkan ilmu-ilmu yang lainnya dalam bidang kedokteran itu sendiri. Genetika sangat erat kaitannya dengan pewarisan sifat pada setiap individu dari orang tua ke anaknya. Gen (DNA) merupakan bahan genetik yang menentukan sifat-sifat individu lewat manifestasinya yang berupa molekul-molekul polipeptida atau protein. Molekul-molekul polipeptida ini yang nantinya akan diterjemahkan sehingga setiap individu memiliki sifat fenotif dan genotif yang berbeda dari individu lainnya. Dalam pewarisan sifat-sifat tersebut juga sering terjadi kesalahan-kesalahan, sehingga dapat menimbulkan suatu penyakit pada individu yang bersangkutan. Oleh karena itu. Genetika merupakan bahan kajian yang penting dalam bidang Kedokteran yang harus kita kajisecara seksama.

LEARNING OBJECTIVE (LO)

1. Jenis-jenis DNA
2. Hubungan gen dan fungsinya sebagai pengontrol sel
3. Perbedaan kromosom prokariotik dan eukariotik
4. Jenis-jenis dan fungsi RNA
5. Proses replikasi DNA
6. Mekanisme dan faktor ekspresi gen
7. Fungsi amino acid sintetase
8. Dogma sentral
9. Struktur gen dan kromosom

Pembahasan

1. Jenis-jenis DNA

a) A-DNA memiliki struktur berupa heliks ganda yang berputar ke kanan. Ikatan basanya berupa ikatan hydrogen. Heliks A-DNA lebih lebar dan lebih pendek dari pada B-DNA dan posisi pasangan basanya terhadap sumbu heliks lebih miring dari normal. Gugus fosfat pada heliks A-DNA mengikat lebih sedikit molekul H2O dari pada B-DNA.

b) B-DNA merupakan DNA yang telah secara umum kita ketahui. B-DNA memiliki struktur berupa heliks ganda yang berputar ke kanan. Basa purin dan pirimidin terdapat pada sisi dalam heliks, sedangkan satuan fosfat dan deoksiribosa terdapat di sisi luar.

c) Z-DNA memiliki struktur berupa heliks ganda yang berputar ke kiri. Fosfat pada kerangkanya membentuk biku-biku (“zig-zag”). Heliks Z-DNA adalah yang paling sempit dari ketiga jenis DNA ini.

2. Hubungan gen dan fungsinya sebagai pengontrol sel

 Hubungan gen dengan fungsinya sebagai pengontrol fungsi sel yaitu gen mengendalikan fungsi fisik dan kimiawi sel. Tetapi, derajat aktivitas gen itu juga harus dikontrol; jika tidak, beberapa bagian dari sel dapat tumbuh berlebihan atau beberapa reaksi kimia itu bekerja berlebihan sampai reaksi itu membunuh sel itu sendiri. Gen juga berfungsi untuk mengatur sel untuk mensintesis enzim dengan menentukan zat yang disintesis. Gen juga menentukan reaksi yang berlangsung didalam sel. Dalam bentuk skema, bisa digambarkan seperti skemadibawah ini :

3. Perbedaan kromosom prokariotik dan eukariotik

	Prokariota	Eukariota
Pergantian umum	Ekonomi, efesiensi (perumbuhan cepat, masa hidup pendek)	Spesifisitas dan kooperasi sel (organisme multisel)
Organisasi sel	Diperkirakan 2500 gen; tanpa intron, sedikit protein pengikat dna, gen dikontrasripsikan di dalam operon	Diperkirakan 100.000 gen, intron, dan ekson. DNA dikemas dengan protein; gen ditranskripsikan secara terpisah
Mekanisme pengaturan	Gen memiliki daerah pengaturan yang terbagi untuk control yang cepat dan terkoordinasi mekanisme represi dan induksi	Banyak tingkatan pengaturan ( misalnya, pengemasan kromosom, factor transkripsi, pengolahan mRNA, translasi, pengolahan protein)
Transkripsi dan translasi	Simultan; keduanya terjadi di dalam sitoplasma	Waktu dan tempat terjadinya terpisah
mRNA	Berdegredasi dengan cepat	Stabilitas terkontrol

4. Jenis-jenis dan fungsi RNA

• RNA Messenger (kodon)
Molekul mRNA tersuspensi di dalam sitoplasma dan terdiri dari beberapa ribu sampai beberapa ratus nukleotida RNA dalam untai yang tidak berpasangan. RNA mengandung kodon yang tepat melengkapi kode triplet dari gen DNA (proses transkripsi). RNA messenger berfungsi membawa kode genetik ke sitoplasma untuk mengatur tipe protein yang akan di bentuk.

• RNA Transfer (antikodon)
Masing-masing jenis RNA transfer bergabung secara spesifik dengan satu dari dua puluh asam amino. Dalam ribosom, setiap jenis RNA transfer akan mengenali kodon tertentu dari RNA messenger dan mengantarkan asam amino yang sesuai ke tempat sesuai di dalam molekul rantai protein yang baru dibentuk. RNA transfer hanya mengandung kira-kira delapan puluh nukleotida dan ukurannya relatif lebih kecil dari RNA messenger. RNA transfer merupakan suatu rantai nukleotida yang terlipat, tampak seperti daun semanggi. RNA transfer berfungsi mengangkut asam amino aktif ke ribosom untuk dipergunakan dalam perakitan molekul protein.

• RNA Ribosom
RNA ribosom secara khusus diolah di dalam nukleolus, tempat RNA berikatan dengan protein ribosom untuk membentuk sub unit primordial ribosom. Sunb unit ini nantinya akan dilepaskan dari selubung nukleolus dan disebar di sitoplasma di mana sub unit ini akan dipakai untuk membentuk ribosom fungsional yang matang. Jadi RNA ribosom bersama dengan 75 protein berbeda berfungsi membentuk ribosom, yakni tempat perakitan molekul protein.
Selain ketiga jenis RNA diatas, terdapat satu jenis RNA yaitu RNA nukleus kecil atau snRNA, yang terdapat pada partikel ribonukleoprotein nukleus kecil atau snRNP. Beberapa snRNP yang berbeda bergabung dengan protein tambahan membentuk susunan yang disebut spliosom, yang berperan dalam pemrosesan pra-mRNA menjadi mRNA. Terdapat bukti kuat bahwa snRNA di sini berperan dalam proses katalitik.

5. Proses replikasi DNA

1. Enzim Helikase memutus ikatan yang paling lemah dari dua rantai polinukleotida
2. Rantai polinukleotida yang menjadi rantai tunggal akan menjadi rantai dasar untuk membuat DNA baru.
3. Dalam nukleus, basa-basa yang terdapat pada nukleotida-nukleotida bebas akan berikatan dengan basa-basa yang ada di rantai dasar.

Proses Replikasi DNA

6. Mekanisme dan faktor ekspresi gen

Proses Transkripsi
Transkripsi yaitu proses sintesis RNA rantai tunggal dengan rantai basa yang komplementer terhadap satu rantai dari DNA rantai-ganda disintesis. Enzim yang dibawa disebut DNA-dependent RNA polymerase, proses ini terjadi dalam.  3 tahap yaitu Inisiasi, elongasi, dan terminasi.

a. Inisiasi (gambar 6.a)
Inisiasi diawali pada promoter, yaitu daerah DNA di mana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi. Promoter merupakan start point terjadinya transkripsi dan promoter juga menentukan yang mana dari kedua untai DNA yang digunakan. Dalam  sel eukariota, kumpulan protein yang disebut faktor transkripsi menjadi perantara antara pengikatan polimerase RNA dan inisiasi transkripsi.  Susunan antara faktor transkripsi dan RNa polimerase yang mengikatkan diri pada promoter disebut kompleks inisiasi transkripsi. Pada tahap ini DNA membuka, dan sintesis RNA dimulai pada titik-awal dari untai cetakannya.

b. Elongasi (gambar 6.b)
Pada saat RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA terus membuka pilinan heliks ganda sekaligus untuk berpasangan dengan nukleotida RNA dam pada saat RNA sedang tumbuh (dicetak) enzim polimerase menambahkan nukleotida di sepanjang untai heliks-ganda.

c. Terminasi (gambar 6.c)
Tahap ini, RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator, sebagai tanda proses transkripsi telah berakhir. Akhir dari transkripsi, terbentuknya rantai RNA, namun RNA polimerase akan terus berjalan sampai 10-35 nukleotida terlalui, dan kamudian dipotong oleh spliocome dan tempat potongan tersebut akan ditambahkan ekor poli (A) yang  nantinya akan digunakan untuk membantu ribosom melekat pada mRNA dan menghambat terjadinya inhibisi RNA.

Gambar 6a dan 6b

Gambar 6c dan 6d

Proses Translasi
Translasi ini merupakan lankjutan dari proses transkripsi. Perangkat-perangkat yang berperan antara lain  t-RNA dan ribosom. Proses ini berlangsung di sitoplasma tepatnya di  ribosom. Translasi ini nantinya akan menghasilkan asam amino. Tahapan-tahapan yang terjadi dalam proses ini adalah :

1. Inisiasi (gambar 8)
Dimulai dengan menempelnya m-RNA dan t-RNA inisiator pada ribosom unit kecil. Kemudian diikuti dengan pelekatan ribosom sub unit besar. Terbentulkah kompleks inisiasi.

2. Elongasi (gambar 9,10,11), terdiri atas beberapa tahapan lagi yaitu:

1. Pengenalan kodon. Kodon m-RNA pada tempat A ( Aminoasil ) membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon t-RNA yang masuk membawa asam amino yang sesuai dengan kodon.
2. Pembentukan ikatan peptida.  Ribosom mengkatalisis pembentukan asam amino dengan menggabungkan rantai asam amino yang sebelumnya trelah terbentuk di tempat P ke asam amino yang baru tiba pada tempat A. Jadi rantai asam amino memisahkan diri dari t-RNA tempat ia melekat sebelumnya untuk berikatan dengan asam amino yang dibawa oleh t-RNA yang melekat pada tempat A.
3. Translokasi, t-RNA yang ada pada tempat A ditranslokasi ke tempat P. Sementara itu t-RNA di tempat P akan bergeser ke tempat E dan dilepaskan keluar ribosom. 

3. Terminasi (gambar 12)
Merupakan tahap terakhir dari translasi. Ketika suatu ribosom mencapai kodon terminasi UAA, UGA, UAG. Tempat A  dari ribosom  menerima  protein yang disebut faktor pelepas. Faktor ini menghidrolisis ikatan antara t-RNA di tempat P dan asam amino terakhir. Kedua sub unit ribosom pun terpisah.

Gambar 8

Gambar 9

Gambar 10

Gambar 11

Gambar 12

7. Fungsi amino acid sintetase

Enzim aminoasil sintetase merupakan suatu enzim yang berperan dalam menggabungkan asam amino spesifik dengan tRNA, yang akan menghasilkan tRNA-aminoasil (asam amino teraktivasi). tRNA-aminoasil pada akhirnya akan menuju ribosom dan membentuk polipeptida.

 

8. Dogma sentral

Dogma Sentral Biologi Molekuler

Secara singkat dapat ditulis seperti proses berikut ini :
Langkah-Iangkah dalam sintesis protein

1. Transkripsi. Rantai DNA terbuka dan salah satu rantai berfungsi sebagai pola untuk produksi rantai mRNA.

1. Untuk melakukan transkripsi diperlukan RNA polimerase, yang bertugas memasang basa-basa baru, dan protein pengatur gen, yang terikat pada rangkaian basa khusus pada molekul DNA dan menentukan segmen DNA yang harus disalin. 
2. Segera setelah salinan mRNA lengkap, rantai dobel heliks DNA terbentuk kembali dan melepas mRNA. 
3. mRNA keluar dari nukleus melalui pori-pori membran nukleus dan bergerak ke sitoplasma. 
1. Pesan yang tertulis pada mRNA berbentuk kode genetik. Setiap kata pada kode terdiri dari tiga nukleotida yang berdekatan, atau triplet basa yang membentuk kodon. 
2. Triplet menentukan satu dari 20 jenis asam amino yang lazim ditemukan dalam protein. Misalnya, jika kodon berupa GAG. maka kode tersebut 'mewakili asam amino asam glutamat. (Nukleotida pasangan yang terdapat dalam DNA adalah CTC.) 


1. Karena ada empat jenis nukleotida, maka kemungkinan ada 4³ atau 64. triplet kodon, dan'jenis asam amino yang dikodekan hanya ada 20. 


1. Kode tersebut dikatakan berdegenerasi karena banyak asam amino yang tersusun lebih dari satu kodon. 
2. Kode juga bersifat universal karena kodon yang sarna mengandung asam-asam amino yang sarna pada seluruh mahluk hidup. . 

2. Translasi adalah sintesis protein berdasarkan translasi informasi rangkaian basa yang ada dalam kodon mRNA. Translasi memerlukan keterlibatan tRNA dan rRNA.

Molekul tRNA berukuran keeil, panjangnya hanya sekitar 70 sampai 90 nukleotida dan berada dalam sitoplasma.

1. (1) Setiap molekul tRNA berbentuk seperti daun semanggi tiga dimensi. , Salah satu ujung daun semanggi berisi antikodon. triplet basa nukleotida yang merupakan pelengkap dari kodon mRNA. 
2. (2) Ujung lainnya berisi salah satu dari 20 jenis asam amino (ditemukan bebas dalam sitoplasmal. yang seeara enzimatis telah terikat pada ikatan berenergi tinggi (ATP). 

Molekul rRNA membentuk inti struktural ribosom, kompleks yang terdiri dari rRNA dan hampir 100 jenis protein. Ribosom berfungsi sebagai sisi biokimia tempat molekul tRNA berada untuk membaca pesan berbentuk kode pada mRNA
Kode genetik
Kode-kode genetik seperti terlihat di bawah ini.

9. Struktur gen dan kromosom

Gen
        Pada manusia diperkirakan ada 50-100 ribu gen (segmen atau ruan DNA khusus) yang menjadi protein spesifik. Hal ini meliputi kurang lebih meliputi kurang lebih dari 20% dari seluruh DNA manusia sedangkan 80% DNA manusia tidak menyandi protein. Bagian segmen DNA yang tidak menyandi protein ini ada yang menyandi bahan pembentukan ribosom dan tRNA, serta beberapa segmen DNA disekitar sentromer kromosom tertentu fungsinya belum diketahui.    
Srtuktur gen terdiri dari:

• Sisi pengatur
• TATAbox
• Inisiasi Transkripsi
• Exon yaitu bagian DNA yang nanti akn menghasilkan mRNA yang akan diterjemahkan menjadi polipeptida.
• Intron merupakan bagian DNA yang ditranskripsikan menjadi mRNA tetapi tidak ditranslasi menjadi polipeptida. Exon dan intron ini silih berganti sampai kodon terminasi.

Tidak semua bagian DNA merupakan gen yang dapat menunjukan fenotip DNA, yang tidak dapat menunjukan fenotipnya diantaranya adalah intron dari gen. dan sebagian besar belum diketahui fungsinya.
Kecuali gen yang terdapat pada kromosom ada pula gen yang terdapat diluar kromosom. Misalnya pada mitokondria terdapat gen yang mengkode sitokrom b dan sitokrom oksidase. Kedua enzim ini penting dalam pembentukan energi.
Kode genetik merupakan kode untuk asam amino yang terdiri dari tiga basa nitrogen (triplet). Kode genetik atau kodon ini mengkode 20 asam amino, sehingga terdapat 64 kemungkinan kombinasi dari empat jenis basa (A, G, S, U).

Kromosom
       Struktur kromosom 

Struktur Kromosom

a. Kromonema :  pita spiral yang mengalami penebalan
b. Kromomer : penebalan pada kromonema dan di-dalamnya terdapat DNA, sehingga disebut lokus gen.
c. Sentromer : bagian kromosom yang menyempit dan tampak lebih terang, didalamnya terdapat granula kecil yang disebut sferus.
d. Telomer : bagian ujung kromosom yang berfungsi untuk menghalangi bersambungnya ujung kromosom yang satu dengan ujung kromosom yang lain.
e. Satelit : suatu tambahan atau tonjolan yang terdapat pada ujung kromosom.
         Kromosom tersusun atas benanbengan kromatin yang terdiri dari DNA dan protein. Bagiannya yaitu sentromer dan lengan kromosom.

         Jenis-jenis kromosom
1.  kromosom berdasarkan fungsinya:
a. Autosom (kromosom sel somatik) : kromosom yang terletak pada sel-sel somatik atau sel-sel tubuh.
b. Kromosom sex : merupakan kromosom yang terletak pada sel-sel kelamin.

2. Kromosom berdasarkan letak sentromernya
a. Metasentrik : Sentromer berada tepat ditengah sehingga kromosom terlihat seperti bentuk huruf V
b. Submetasentrik : Sentromer tidak persis ditengah dan membentuk huruf L.
c. Akrosentrik : lengan kromosom yang satu sangat pendek sedangkan yang lain panjang. Mirip seprti submetasentrik, namun lengan pendeknya lebih pendek.
d. Telosentrik : sentromernya terletak pada ujung lengan, dan hanya memiliki satu lengan saja.

Gambar kromosom berdasarkan letak sentromernya

          Kromosom memiliki fungsi menyimpan materi genetik. Meteri genetic ini berfungsi untuk menyimpan informasi genetik.

Kesimpulan

DNA merupakan  materi genetik yang akan diwariskan kepada keturunannya DNA tidak dapat membentuk protein secara langsung, namun harus melalui proses dimana proses tersebut adalah sintesis protein  yang sesuai dengan dogma sentral biologi molekuler. Materi-materi genetik dapat menurunkan sifat kepada keturunannya dan pada gen dapat mengalami suatu ekspresi yang selalu mengalami regulasi atau pengontrolan oleh enzim-enzim dan hormon-hormon tertentu. Pada ekspresi gen ini, terjadi sintesis protein yang disebut juga dogma sentral meliputi tahap transkripsi dan translasi. Dengan sintesis protein ini dapat diwariskan suatu sifat pada keturunannya.

Daftar Pustaka

Campbell, N. A., Reece, J. B., Mitchell, L. G. (2000) Biologi. Edisi 5. Jilid 1. Jakarta: Erlangga

Gul, Sema. (2007) DNA dan Sel. Jakarta: Yudhistira

Guyton, A. C. & Hall, J. E. (2007) Buku Ajar Fisiologi Kedokteran. Edisi 11. Jakarta: Buku
Kedokteran EGC.

Marks, D. B. (2000) Biokimia Kedokteran Dasar. Jakarta: EGC

Yuwono, T. (2008) Biologi Molekuler. Jakarta: Erlangga


DOWNLOAD