Biologi Molekuler

MAKALAH BIOLOGI
DASAR MOLEKULAR PEWARISAN SIFAT





DOSEN
Dr. Ir. Badruzsaufari, M.Sc
Prof. Dr. Abdul Gaffur, M.Pd


OLEH
M. Muslim
(A2C515009)



UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT
MAGISTER KEGURUAN IPA
2015

BAB I
PENDAHULUAN
LatarBelakang
Pada pokok bahasan ini akan disajikan konsep-konsep dasar genetika molekuler: bagaimana informasi genetic disimpan dan diorganisasikan dalam molekul DNA, cara DNA direplikasi, sifat kode genetik, mutagenesis, dan perbaikan DNA. Selain itu, pokok bahasan ini juga akan menjelaskan penggunaan mikro organisme untuk mengidentifikasi agen muta genik berbahaya dalam melawan kanker. Pokok bahasan tersebut akan menjadi dasar pokok bahasan berikutnya, yaitu ekspresi gen dan pengaturannya. Pada pokok bahasan terakhir, focus bahasan ditekankan pada informasi plasmid dan sifat rekombinas imikroorganisma.
Ahli genetika, termasuk ahli genetika mikroba, menggunakan perbendaharaan kata khusus karena kekomplekskan disiplin ilmu getika. Beberapa pengetahuan dasar diperlukan untuk memahami pinsip-prinsip dasar. Materi percobaan genetika mikroba adalah klon. Klon adalah suatu populasi sel yang berasal dari sel tetua yang bereproduksi akseksual dan secara genetik adalah identik. Seringkali suatu klon disebut kultur murni. Istilah genom merujuk pada semua gen yang ada dalam celatau virus. Prokariot pada umumnya mempunyai kromosom haploid (1N).
Mikroorganisma eukariotik biasanya mempunyai kromosom diploid (2 N). Genotip organisme adalah kumpulan gen spesifik yang dimiliki organisme. Sebaliknya, fenotip adalah koleksi karakteristik yang dapat diamati. Seluruh gen tidak diekspresikan pada saat yang bersamaan, dan lingkungan sangat mempengaruhi ekspresi fenotip. Banyak peneliti genetika menaruh perhatian pada kajian huhungan genotip dan fenotip, dan ekspresi gen.
Pada awal abad dua puluh, percobaan menggunakan bakteri dan bakteri faga berhasil menjelaskan sifat informasi genetik, struktur gen, kode genetik, dan mutasi.

Rumusan Masalah
Permasalahan dalam makalah ini dapat dirumuskan sebagai berikut:
Bagaimana deskripsi DNA sebagai materi genetik?
Bagaimana protein dalam replikasi dan perbaikan DNA?
Bagaimana komponen kromosom sebagai penyusun DNA?

TujuanPenulisan
Tujuan dari penulisan makalah ini untuk mengetahui antara lain :
(1) Deskripsi DNA sebagai materi genetik.
(2) Protein dalam,replikasi dan perbaikan DNA.
(3) Komponen kromosom sebagai penyusun DNA.

Metode Penulisan
Metode yang digunakan dalam penulisan makalah ini adalah dengan cara studi kepustakaan, yaitu dengan mempelajari buku-buku yang dijadikan referensi dalam pengumpulan informasi dan data yang ada kaitannya dengan masalah yang dibahas serta pencarian informasi melalui jalur internet.



BAB II
PEMBAHASAN

2.1 DNA Sebagai Materi Genetik
Pada tahun 1928 Fred Griffith meneliti fenomena virulensi Streptococcus pneumoniae. Griffith mendapatkan bahwa jika bakteria virulen dididihkan dan kemudian disuntikan kemencit, mencit tersebut tetap hidup, dan tidak ada pneumococci didalam tubuh mencit. Namun ketika campuran antara bakteria virulen yang telah dididihkan dan galurnon virulen disuntikan kemencit, mencit mati dan ditemukan bakteri virulen dalam tubuh mencit tersebut. Grifith menyebut perubahan bakteri non virulen menjadi bakteri virulen sebagai prinsip transformasi (transformation principle).


O.T. Avery, C.M. MacLeod, dan M. J. McCarty di1944 berhasil mengungkap senyawa yang bertanggung jawab dalam fenomena transformasi pada percobaan Griffith. Peneliti ini merusak senyawa ini secara selektif menggunakan enzim-enzim yang menghancurkan DNA, RNA, atau protein. Senyawa-senyawa tersebut kemudian disuntikan kegalur pneumococcinon virulen. Transformasi bakteria nonvirulen tidak terjadi jika DNA dirusak. (Gb1.2). Hasilpenelitian Avery, MacLeod, dan McCarty membuktikan bahwa DNA adalah materi genetik, yang berperan dalam transformasi.






Sel R+ polisakarida sel S murni Koloni R Sel R + proteinsel S murni Koloni R Sel R + RNA sel S murni Koloni R Sel R + DNAsel S murni Koloni S Ekstrak sel S+ protease+ sel R Koloni S Ekstrak sel S+ Rnase + sel R Koloni S

Ringkasan percobaan Avery, MacLeod, dan McCarty tentang prinsip transformasi. Hanya DNA yang dapat mengubah sel R menjadi S, dan pengaruhnya hilang ketika ekstrak
Beberapa tahun kemudian (1952), AlfredD. Hershey dan Martha Chase melakukan beberapa percobaan dan membuktikan bahwa DNA adalah materi genetik bakteri faga T2. Hershey dan Chase melabel DNA virus radioaktif32P atau protein selubung(coat) viral dengan radioaktif with 35S. Mereka menyampurkan bakteri faga berlabel radioaktif tersebut dengan Escherichiacoli dan menginkubasi campuran tersebut selama beberapa menit. Suspensi tersebut kemudian diagitasi menggunakan blender untuk melepaskan partikel bakteri ofaga yang menempel. Setelah suspensi disentri fugasi, radioaktif dalam supernatan dan pelet bakteri diukur. Mereka mendapatkan bahwa sebagian besar proteinra dioaktif berada dalam supernatan, sedangkan DNA berlabelradioaktifterdapatdalampeletselE.coli.


Ketika E.coli di infeksi faga T2 yang mengandung protein berlabel 35S, sebagian besar radioaktif tetap berada diluar selinang. (b) Ketika faga T2 yang mengandung DNA berlabel 32P dicampur dengan selinang, DNA berlabel masuk ke dalam sel dan anakan faga diproduksi. Jadi, DNA membawa informasi genetik virus.

2.2 Protein Dalam Replikasi dan Perbaikan DNA
Kita tidak dapat menganggap bahwa ketepatan replikasi DN diberi perlakuan deoksiribonuklease. Jadi, DNA membawa informasi genetik yang diperlukan untuk mentransformasi R menjadi S.A hanya karena spesifisitas pemasangan basa semata. Meskipun kesalahan-kesalahan di dalam molekul DNA yang sudah sempurna hanya satu dalam 1 miliar nukleotida. Kesalahan pemasangan awal antara nulkelotida baru masuk dengan nukleotida yang sudah ada dalam untaian cetakkan 100.000 kali lebih umum terjadi.

Salah satu mekanisme perbaikan DNA yaitu Perbaikan salah pasang, memperbaiki kesalahan-kesalahan yang terjadi ketika DNA disalin. Selama replikasi DNA, DNA polimerase lah yang melakukan perbaikan salah-pasang. Polimerase ini mengoreksi setiap nukleotida terhadap cetakkan begitu nukleotida ditambahkan dalam untaian. Dalam mencari nukleotida yang pasangannya tidak benar . polimerase memindahkan nukleotida tersebut lalu menlanjutkan sintesis kembali.
Protein-protein lain selain DNA polimerase juga melakukan perbaikan salah pasang. Para peneliti mempertegas pentingnya protein-protein tersebut ketika mereka menemukan suatu cacat lahir herediter pada salah satu dari protein-protein ini terkait dengan salah satu bentuk dari kanker usus besar. Rupanya cacat ini mengakibatkan kesalahan. Selain perbaikan kesalahan replikasi, pemeliharaaan informasi genetik yang di kode dalam DNA juga menuntut perbaikan kerusakkan pada DNA yang ada. Perubahan atau mutasi biasanya dapat di perbiaki. Karena perbaikan kerusakan DNA sangat penting agar organisme dapat bertahan hidup. Setiap sel terus menerus memonitor dan memperbaiki.Salah satu fungsi –fungsi enzim perbaikan DNA dalam sel kulit kita adalah memperbaiki kerusakkan genetik yang disebabkan oleh sinar ultraviolet yang berasal dari cahaya matahari. Sebagian besar proses perbaikan DNA melibatkan DNA polimerase tapi mereka tidak dapat memperbaiki kecacatan yang disebbakan oleh keterbatasan mereka sendiri.
Suatu DNA polimerase hanya dapat menambahkan nukleotida pada ujung-3' dari suatu polinukletida yang sebelumnya sudah ada menciptakan masalah serius. Perangkat replikasi biasa sama sekali tidak memberi jalan untuk melengkapai ujung-ujung- 5' pada untai DNA anak, akibatnya replikasi yang berulang menghasilkan DNA yang makin lama makin pendek. Jika sel membelah ini berkali-kali, gen-gen yang penting mungkin saja bisa hilang.
Eksperimen alamiah memberikan dukungan terhadap model 'pakai dan lepas' terdapat suatu mekanisme di dalam sel yang berkaitan dengan kerusakkan, terutama kerusakkan DNA. Mekanisme perbaikan DNA ada beberapa macam tetapi sangat sedikit status defisiensi yang diketahui. Gen perbaikan DNA tidak berkontribusi langsung terhadap pertumbuhan suatu proliferase sel. Gen itu bekerja secara tidak langsung mengoreksi kesalahan dalam DNA yang terjadi spontan selama pembelahan sel atau yang terjadi setelah terpajan zat kimia atau oradiasi mutagenik. Pasien yang terlahir dengan mutasi pada protein perbaiakn DNA yang diturunkan sangat berisiko yang menderita kanker (sindrom instabilitas genom). Disamping itu defek pada lintasan perbaikan DNA juga terdapat dalam kanker manusia yang sporadik. Gen perbaikan DNA tidak bersifat secara onkogenik secara langsung; tetapi kecacatan gen tersebut memungkinkan terjadinya mutasi dalam gen lain selama pembelahan sel yang normal.

Defek dapat terjadi pada 3 tipe perbaikan sistem DNA :
1. Perbaikan ketidak cocokkan
2. Perbaiakn eksisis nukleotida
3. Perbaikan rekombinasi
Kesalahan dalam replikasi DNA.
Mesin replikasi dapat melakukan kesalahan dengan melewatkan satu basa, menambahakn satu jenis basa atau lebih, atau mengganti dengan jenis basa yang salah.
Perubahan dalam molekul DNA juga dapat terjadi aklibat pajanan agen fisik dan kimia yang berpontensi merusak sepeti sinar X atau karsinogen dalam lingkungan.
Perubahan yang dihasilkan dalam rangkaian nukleotida disebut mutasi yang akan terus disalin dalam replikasi.
Selanjutnya, DNA dapat mengakibatkan konsekuensi yang membahayakan sel.
Perbaikan DNA adalah suatu proses yang konstan dan dapat meminimalkan perubahan aksidental. Berbagai jenis enzim perbaikan DNA secara terus menerus akan memindai molekul DNA dan mengeluarkan nukleotida yang rusak.Walaupun terdapat mekanisme pengoreksian cetakkan dan perbaikan pembentukan pasangan basa yang tidak sepadan selama repliaksi. Sebagain basa yang tidak sepadan itu tetap ada. Selain itu DNA dapat mengalami kerusakkan akibat mutagen yang dihasilkan di dalam sel atau yang dihirup dan diserap dari lingkungan. Mutagen adalah agen yang merusak DNA. Menyebabkan mutasi yang menimbulkan efek merusak sel. Mutagen yang akan menyebabkan sel normal menjadi sel kanker bernama karsinogen. Sayangnya, setiap hari terjadi kesalahan pembetukan pasangan basa dan kerusakkan DNA menghasilkan ribuan lesi yang berpotensi mutagenik di dalam setiap sel. Tanpa perbaikan kita tidak dapat hidup dari berbagai serangan terhadap gen kita.
Kerusakkan DNA dapat disebbakan oleh radiasi atau zat kimia. Bahan-bahan ini dapat secara langsung mempengaruhi DNA atau bekerja secara tidak langusung. Misalnya sinar-X, suatu jenis radiasi pengion, bekerja secara tidak langsung dengan merangsang molekul dalam sel yang berinteraksi dengan DNA mengubah struktur basa atau memutuskan untai DNA.Sementara pajanan ke sinar-X jarang terjadi, menghindari pajanan asap sigaret jauh lebih sulit, dan sebenarnya kita tidak mungkin dapat menghindari pajanan sinar matahari. Sinar ultraviolet dari matahari juga menimbulkan distorsi (penyimpangan pada heliks DNA). Sinar ultaviolet merangsang basa pirimidin yang berdekatan pada untai DNA, menyebabkan untai tersebut membentuk dimer kovalen.Distorsi (penyimpangan) pada heliks DNA dikenali dan regio yang mengandung distorsi tersebut disingkirkan. Celah pada untai yang rusak diganti atau diisi oleh kerja DNA polimerase. Yang menggunakan untai utuh yang tidak rusak sebagai cetakkan. Akhirnya ligase menutup "torehan" pada untai yang telah menajalani perbaikan.
Perbaikan eksisi nukleotida dimulai endonuklease yang mengenali distorsi (penyimpangan) lokal pada heliks DNA, misalnya pasangan basa yang tidak sepadan atau produk kimia tambahan yang besar sekali, memutuskan rantai yang abnormal dan mengeluarkan regio yang mengalami distorsi (penyimpangan). Celah kemudian diisi oleh DNA polimerase yang menambahkan deosiribonukleotida, satu setiap saat, ke ujung-3' DNA yang putus, menggunakan untai DNA komplementer yang utuh sebagai cetakkan, segmen yang baru disintesis digabung ke ujung-5' pada sisi dari untai DNA semula oleh DNA ligase.
Perbaikan eksisi basaDNA glikosilase mengenali distorsi (penyimpangan) kecil pada DNA, yaitu lesi yang disebabkan pada satu basa, glikosilase memutuskan ikatan N-glikosidat yang menghubungkan basa tersebut ke deoksiribosa. Rangka gula-fosfat pada DNA sekarang tidak memiliki sebuah basa ditempat ini. Kemudian AP endoklunease memutuskan untai gula-fosfat di tempat ini. , selanjutnya jenis enzim yang sama yang berperan pada mekanisme perbaikan jenis lain memulihkan regio ini ke normal.
Perbaikan basa yang tidak spadan(basa yang tidak membentuk pasangan basa waston-crick yang normal) dikenali oleh enzim pada sistem perbaikan basa yang tidak sepadan (mismatch repair system). Pada bakteri, untai DNa induk mengandunng gugus metil pada basa dalam urutan spesifik. Selama replikasi, untai yang baru disintesis tidak mengalami metilasi. Sebelum terjadi metilasi, protein yang berperan pada perbaikan yang tidak sepadan dapat membedakan untai induk dari untai yang baru disintesis bagian pada untai baru yang belum mengalami metilasi , termasuk basa yang tidak spadan, dikeluarkan dan diganti. Enzim manusia juga dapat membedakan untai induk dari untai yang baru disinteis dan memperbaiki basa yang tidak spadan.
Perbaikan trankripsi-berpasangan gen yang secara aktif ditranskipsi untuk mengahasilkan RNA diperbaiki secara istimewa. RNA polimerase yang sedang melakukan transkripsi suatu gen akan berhenti apabila menemui daerah yang rusak pada cetakkan DNA. Protein perbaikan eksisi mendekati tempat ini dan memperbaiki daerah yang rusak. Selanjutnya, RNA polimerase dapat melanjutkan proses transkripsi.

2.3 Komponen Kromosom Sebagai Penyusun DNA

Komponen utama genom pada sebagian besar bakteri adalah suatu molekul DNA melingkar beruntai ganda yang berasosiasi dengan beberapa kecil protein. Walaupun kita menyebut struktur ini kromosom bakteri, namun perbedaanya sangat jauh dari kromosom eukaryot, yang terdiri atas suatu molekul DNA lurus yang berasosiasi dengan banyak protein. Pada E.coli, DNA kromosom terdiri dari sekitar 4,6 juta pasangan basa, mempresentasikan 4.400 gen. Ini 100 kali lebih banyak daripada DNA dalam virus pada umumnya, namun hanya ada sekitar seperseribu jumlah DNA dalam sel somatik manusia. Tetap saja, bakteri memiliki banyak DNA untuk dikemas dalam wadah sekecil itu.
Jikadirentangkan, DNA sel E.coli panjangnya sekitar satu milimeter, 500 kali lebih panjang daripada sel bakteri tersebut. Akan tetapi, pada bakteri , protein-protein tertentu dapat menyebabkan kromosom mengumpar dan 'super mengumpar' , mengemas kromosom rapat-rapat sehingga hanya mengisi setengah sel. Tidak seperti nukleus sel eukariot , wilayah dalam bakteri yang beridentitas DNA tinggi ini, disebut nukleoid (nucleoid), tidak terselubung oleh membran.Masing-masingkromosom eukariot mengandung satu heliks ganda DNA linear yang pada manusia jumlahnya kira-kira 1,5x108 pasangan nukleotida. Jumlah ini relatif lebih banyak daripada panjang kromosom yang terkondensasi. Jika sepenuhnya direntangkan, satu molekul DNA tersebut panjangnya dapat mencapai 4 cm, ribuan kali dibandingkan dengan diameter nukleus sel belum lagi memperhitungkan DNA dari ke-45 kromosom lain pada manusia.

BAB III
KESIMPULAN


Materi genetik adalah gen yang merupakan sepotong DNA yang membawa informasi suatu sifat dan gen tersebut terdapat di dalam kromosom. Secara garis besar peran dari DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik, artinya DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel.

Protein yang terlibat didalam replikasi dan perbaikan DNA di kodekan oleh geg-gen yang terdapat dalam bahan genetik itu sendiri. Adapun nama-nama proteun tersebut antara lain: Helikase, Single strain DNA Binding (SSDB) , primase, DNA polimerase, DNA Ligase, Topoisomerase dan Telomerase.

Komponen utama genom pada sebagian besar bakteri adalah suatu molekul DNA melingkar beruntai ganda yang berasosiasi dengan beberapa kecil protein. Walaupun kita menyebut struktur ini kromosom bakteri, namun perbedaanya sangat jauh dari kromosom eukaryot, yang terdiri atas suatu molekul DNA lurus yang berasosiasi dengan banyak protein.















DAFTAR PUSTAKA
Campbell, Reece, Mitchell. 2002. Biologi (Biologi (EdisiKelima-Jilid 1). Jakarta:Erlangga

Poedjiadi, Anna. 2006. Dasar-dasarbiokimia. Jakarta: Universitas Indonesia