Substansi Genetik

Substansi Genetik - Pernahkah Anda melihat anak kucing bersama induknya? Warna bulu setiap anak kucing tersebut berbeda-beda, ada yang berwarna cokelat dan yang lainnya berwarna putih-hitam dan putih-cokelat. Sementara itu, warna bulu induk betina adalah cokelat-putih-hitam dan bulu induk jantan adalah putih-hitam. Pernahkah Anda juga mengamati kemiripan ciri-ciri fisik seorang anak dengan orangtuanya, seperti warna rambut dan warna kulit? Ulasan tersebut merupakan contoh yang menunjukkan adanya substansi genetik makhluk hidup yang mengatur sifat atau ciri khas dari suatu individu. Substansi tersebut merupakan pembawa sifat yang diwariskan oleh induk kepada keturunannya. Hal ini akan terus berlangsung dari generasi ke generasi. Sungguh menakjubkan kebesaran Tuhan Yang Maha Esa, bukan?

Di manakah letak informasi genetik itu? Tersusun atas apakah pembawa informasi genetik itu? Apakah yang dimaksud dengan DNA? Bagaimanakah strukturnya? Setelah anda menyimak penjelasan ini, Anda diharapkan dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut. Anda juga akan mempelajari mengenai alel, RNA, kode genetik, dan sintesis protein yang merupakan dasar dalam memahami materi pewarisan sifat pada bab selanjutnya.

A. Kromosom

Satuan terkecil dari makhluk hidup adalah sel. Segala aktivitas sel diatur oleh inti sel (nukleus). Di dalam inti, terkandung substansi genetik yang terdapat dalam kromosom. Istilah kromosom diperkenalkan pertama kali oleh W. Waldeyer pada tahun 1888. Kromosom berasal dari kata chrome yang berarti warna dan soma berarti badan. Kromosom dapat diartikan sebagai badan yang mampu menyerap warna (Gambar 3.1).

Inilah gambar kromosom manusia yang diperbesar 13.000 kali

1. Bentuk dan Ukuran Kromosom

Jika inti sel mengandung informasi genetis, dalam bentuk apakah informasi tersebut dapat ditemukan? Berbagai penelitian telah menemukan adanya struktur spesifik dalam inti sel pada sel yang sedang membelah. Struktur tersebut dapat menyerap warna sehingga dinamakan kromosom. Setiap spesies memiliki jumlah kromosom yang khas. Sebagai contoh, kromosom pada sel manusia berjumlah 46 buah, tanaman kapas 52 buah kromosom, ayam kalkun 82 buah kromosom, dan beberapa jenis paku memiliki lebih dari 1.000 buah kromosom.

2. Tipe Kromosom

Setiap organisme memiliki jumlah kromosom yang berbeda-beda, sebagai contohnya perhatikanlah Tabel 3.1. Sel tubuh manusia memiliki 23 pasang kromosom homolog. Jumlah macam kromosom homolog disebut ploid. Pada sel tubuh jumlahnya selalu berpasangan atau 2 set sehingga disebut diploid (di = dua) atau 2 n. Sel gamet atau sel kelamin memiliki setengah dari jumlah kromosom tubuh atau 1 set kromosom akibat pembelahan meiosis. Jadi, sel sperma dan sel telur manusia hanya memiliki 23 kromosom, sedangkan sel kelamin lalat buah hanya memiliki 4 kromosom. Jumlah kromosom ini disebut haploid atau n.

Tabel 3.1 Jumlah Kromosom Tubuh pada Beberapa Organisme

Setiap makhluk hidup eukariotik selalu memiliki dua jenis kromosom, yaitu gonosom (kromosom kelamin) dan autosom (kromosom tubuh). Kedua jenis kromosom ini diperkenalkan kali pertama oleh T. H. Montgomery.

a. Kromosom Tubuh (Autosom)

Autosom berfungsi mengatur dan mengendalikan sifat-sifat tubuh makhluk hidup. Kromosom ini tidak berperan dalam mengatur jenis kelamin. Autosom terdapat pada individu jantan dan individu betina dengan jumlah yang sama dan berpasangan (diploid).

b. Kromosom Kelamin (Gonosom)

Gonosom memiliki banyak nama lain, di antaranya aelosom atau heterokromosom atau kromosom kelamin. Kromosom ini memiliki susunan pasangan yang berbeda pada individu jantan dan betina. Pada manusia gonosom berjumlah 1 pasang atau 2 buah kromosom. Jumlah tersebut sama dengan gonosom yang terdapat pada lalat buah (Gambar 3.4).

Susunan kromosom pada tubuh pria. Terdapat 22 pasang autosom dan sepasang gonosom

Pada manusia dan lalat buah terdapat perbedaan gonosom antara jantan dan betina. Pada lalat buah jantan, satu gonosom berbentuk batang diberi simbol X dan satu gonosom berbentuk bengkok di beri simbol Y (perhatikan Gambar 3.5). Dengan demikian gonosom jantan disimbolkan dengan XY. Pada betina kedua gonosom berbentuk batang dan disimbolkan dengan XX.

Perbedaan kromosom jantan dan betina pada lalat buah (Drosophila melanogaster)

Oleh karena itu, jumlah kromosom lalat buah jantan dapat dituliskan 3AA + XY atau 6A + XY, sedangkan betina 3AA + XX atau 6A + XX. Adapun jumlah kromosom manusia laki-laki 22 AA + XY atau 44A + XX, sedangkan perempuan 22AA + XY atau 44A + XX.

Jumlah kromosom tubuh dapat mengalami kelainan antara lain oleh mutasi atau kanker. Jika jumlah kromosomnya 3 set disebut triploid, 4 set disebut tetraploid, dan jika jumlahnya banyak disebut poliploid.

Sel kelamin (sel sperma atau sel telur) hanya memiliki satu kromosm kelamin (gonosom) sehingga sel kelamin dari betina hanya memiliki gonosom

Adapun sel kelamin jantan memiliki gonosom X atau Y yang akan menentu- kan jenis kelamin individu setelah terjadi fertilisasi.

B. Gen

Gen adalah unit bahan genetis. Istilah gen dikemukakan pertama kali oleh W. Johanssen (1909). Istilah ini sebagai pengganti istilah determinant factor atau elemen yang dikemukakan oleh Gregor Mendel. Menurut Thomas Hunt Morgan, gen merupakan materi yang kompak dan mengandung satuan informasi genetik yang mengatur sifat-sifat menurun, memenuhi lokus suatu kromosom. Gen mengatur berbagai macam karakter fisik maupun karakter psikis. Contoh karakter fisik adalah morfologi, anatomi, dan fisiologi. Sementara itu, contoh karakter psikis adalah pemalu, pemarah, dan pendiam.

1. Letak Gen dalam Kromosom

Gen terdiri atas DNA (deoxyribonucleic acid) yang diselubungi dan diikat oleh protein sehingga secara kimia DNA adalah unit bahan genetis. Gen akan diwariskan melalui pembelahan sel. Gen terletak pada lokus-lokus yang berderet di dalam kromosom. Jarak lokus ditentukan dari sentromernya, satuannya disebut unit atau millimorgan (mM). Pada umumnya, kromosom ditemukan dalam keadaan berpasangan. Pasangan kromosom tersebut dinamakan kromosom homolog. Suatu kromosom akan berpasangan dengan kromosom lain yang memiliki kesamaan bentuk, ukuran, maupun jumlah jenis gen yang dikandungnya. Pada pasangan kromosom homolog terdapat pasangan lokus yang berada dalam satu garis horizontal yang disebut lokus yang bersesuaian. Gen-gen yang terletak pada lokus bersesuaian dengan pasangan kromosom homolognya dan mem- berikan pengaruh yang berlawanan terhadap sifat yang dikendalikan, disebut alel.

Penulisan kromosom digambarkan dengan garis vertikal beserta garis pendek horizontal untuk menunjukkan posisi gen. Simbol gen tersebut dilambangkan dengan huruf Latin yang berupa huruf kapital atau huruf kecil, sesuai dengan dominansinya. Sebagai contoh, huruf kapital H berarti kulit hitam, yang dominan terhadap gen h yang berarti kulit putih. Demikian, pula dengan sifat lainnya yang dilambangkan dengan huruf lain pula. Contohnya Aa, Bb, MmHh, AA, dan CC. Perhatikan Gambar 3.6.

Kromosom digambarkan dengan garis vertikal. Adapun gen yang terletak pada kromosom, digambarkan dengan garis pendek horizontal

Pada contoh tersebut, Bb menunjukkan bahwa gen B dan gen b berada pada satu pasang kromosom homolog. Dengan demikian, gen B adalah alel bagi gen b dan gen b adalah alel bagi gen B. Dengan kata lain, gen B sealel atau sepasang dengan gen b. Bb merupakan pasangan gen yang terletak dalam pasangan bebas (alel bebas). Sementara itu, MmHh merupakan gen yang bertautan atau gen berangkai (gen linked). MmHh menunjukkan bahwa gen M, gen m, gen H, dan gen h berada dalam satu pasang kromosom homolog. Gen M dan gen H merupakan pasangan gen yang bertautan karena keduanya menempati pasangan kromosom homolog yang sama.

2. Gen Dominan dan Resesif

Susunan gen di dalam individu sel disebut genotipe, sedangkan ekspresi genotipe tersebut dinamakan fenotipe. Lambang huruf besar merupakan sifat dominan, sedangkan huruf kecil merupakan sifat resesif. Istilah dominan digunakan karena gen ini dapat mengalahkan ekspresi gen alelnya. Contohnya, gen T adalah simbol untuk sifat tanaman tinggi, sedangkan t untuk sifat tanaman pendek. Dalam contoh tersebut, gen T mengalahkan ekspresi gen t sehingga ekspresi tumbuhan yang bergenotipe Tt adalah tinggi, walaupun di dalam tumbuhan tersebut mengandung gen t untuk sifat pendek.

Genotipe makhluk hidup bisa homozigot, misalnya TT dan tt. Selain itu, ada pula genotipe atau heterozigot, misalnya Tt. Genotipe TT dinamakan homozigot dominan, sedangkan tt dinamakan homozigot resesif. Adapun genotipe Tt adalah heterozigot karena gen T untuk tinggi menutupi gen t untuk pendek.

C. Alel

Seperti yang telah Anda ketahui, alel adalah gen-gen yang terletak pada lokus yang bersesuaian dari pasangan kromosom homolog, tetapi memiliki pengaruh dalam cara yang berbeda. Contohnya, gen H sealel dengan h, gen K sealel dengan k, dan gen b sealel dengan b. Gen sealel diberi simbol huruf sama, tetapi dibedakan dengan huruf besar dan kecil jika pasangan merupakan heterozigot. Huruf besar menunjukkan dominan, sedangkan huruf kecil menunjukkan resesif. Contoh lain gen sealel misalnya, gen A untuk pigmentasi kulit, sedangkan gen a tidak menghasilkan atau sedikit pigmentasi kulit. Ini menunjukkan gen-gen tersebut bekerja berlawanan, tetapi memiliki tugas yang sama yaitu mengatur pigmentasi kulit.

1. Alel Tunggal

Suatu alel dikatakan alel tunggal jika suatu gen memiliki satu gen sealel sehingga hanya muncul satu sifat. Misalnya, gen T untuk sifat tinggi dan gen t untuk sifat rendah maka variasinya adalah TT, Tt, dan tt. Ketiga macam genotipe inilah yang disebut alel tunggal.

2. Alel Ganda

Suatu alel dikatakan alel ganda jika suatu gen memiliki lebih dari dua pasangan gen yang sealel sehingga muncul beberapa sifat. Contoh sifat yang dikontrol oleh alel ganda adalah golongan darah manusia sistem ABO dan warna bulu kelinci.

a. Golongan Darah Manusia Sistem ABO

Golongan darah manusia bersifat menurun (herediter) dan ditentukan oleh alel ganda. Alel pengendali golongan darah sistem ABO adalah IA, IB, dan IO. Sistem golongan darah ABO ini diperkenalkan oleh Karl Landsteiner (1868–1943). Penggolongan ini berdasarkan jenis antigennya yang terdapat di dalam eritrosit. Antigen merupakan protein yang mampu merangsang pembentukan antibodi. Golongan darah yang dikenalkan oleh Landsteiner, adalah golongan darah A, B, AB, dan O. Penjelasan tentang golongan daerah ini telah Anda pelajari di kelas XI.

Alel IO resesif terhadap IA dan IB. Akan tetapi, IA dan IB merupakan alel kodominan sehingga IA tidak dominan terhadap IB dan IB tidak dominan terhadap IA. Interaksi antara alel IA, IB, dan IO dapat menyebabkan terjadinya 4 macam fenotipe yang diperlihatkan pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Macam-Macam Golongan Darah Manusia Sistem ABO

b. Warna Bulu Kelinci

Warna pada bulu kelinci dikendalikan oleh alel ganda atau majemuk. Warna bulu kelinci dikendalikan oleh 4 macam alel, yaitu C, cch, ch, dan c dengan urutan dominansi alel adalah C > cch > ch > c. Warna bulu kelinci tersebut terdiri atas (Gambar 3.7):

Pengendalian warna pada kelinci dikendalikan oleh alel ganda

warna polos (hitam/cokelat muda), genotipe CC, Ccch, Cch, Cc;
warna kelabu muda (chinchilla), genotipe cchcch, cchch, cchc;
warna dasar putih dengan warna hitam pada ujung hidung, telinga, kaki, dan ekor (himalaya), genotipe chch, chc;
warna putih (albino), genotipe cc.

D. DNA

DNA (Deoxyribonucleic acid) merupakan komponen yang paling penting dalam kehidupan karena sebagai pembawa informasi genetik dari satu generasi ke generasi lain. DNA berkaitan dengan semua aktivitas biologis dan merupakan pusat kajian di dalam sitologi, genetik, biologi molekuler, mikrobiologi, perkembangan biologis, biokimia, dan evolusi.

1. Struktur DNA

DNA merupakan polimer besar yang tersusun atas unit-unit nukleotida yang berulang-ulang. Setiap nukleotida tersusun atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen. Gugus fosfat berfungsi menghubungkan antara molekul gula yang satu dan molekul gula yang lain. Gula pentosa pada nukleotida merupakan gula deoksiribosa karena salah satu atom C-nya kehilangan gugus OH. Molekul gula ini terikat pada basa nitrogen.

Apa saja penyusun basa nitrogen itu? Basa nitrogen tersusun atas purin dan pirimidin. Purin tersusun atas guanin (G) dan adenin (A), sedangkan pirimidin tersusun atas timin (T) dan sitosin atau Cytosine (C). Basa-basa nitrogen ini mengadakan persenyawaan kimia dengan gula pentosa membentuk molekul deoksiribonukleosida (nukleosida). Deoksiri- bonukleosida akan bergabung dengan gugus fosfat untuk membentuk deoksiribonukleotida (nukleotida). Gambar 3.9 berikut menunjukkan struktur kimia basa nitrogen.

Basa nitrogen dalam DNA selalu memiliki pasangan yang tetap, yakni adenin dan timin, serta guanin dan sitosin

Monomer yang terdiri atas fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen disebut nukleotida. Jadi, molekul DNA dapat mengandung ribuan nukleotida (polinukleotida), perhatikanlah Gambar 3.10. Adapun hubungan monomer antara basa nitrogen dan gula pentosa dinamakan nukleosida.

Model DNA double heli memperlihatkan pasangan basa yang membentuk tangga-tangga molekul DNA

Rangkaian nukleosida tersebut terdiri atas empat macam, yang namanya bergantung pada jenis basa nitrogennya. Jika basanya adenin, nama nukleosidanya deoksiadenosin. Jika basanya guanin, namanya deoksiguanosin. Adapun jika basanya timin, namanya timidin, sedangkan jika basanya sitosin, namanya deoksisitidin. Untuk lebih jelasnya, perhatikanlah Tabel 3.3 Empat Basa Nitrogen, Nukleosida, dan Nukleotida dari Molekul DNA

Orang yang pertama mengemukakan gagasan tentang struktur tiga dimensional DNA adalah W.T. Atsbury. Ia menyimpulkan bahwa DNA itu sangat padat. Polinukleotida yang menyusunnya berupa timbunan nukleotida pipih yang teratur tegak lurus terhadap sumbu memanjang.

Wilkins melanjutkan kristalografi sinar X hasil Atsbury. Wilkins berhasil mempersiapkan serabut-serabut DNA dan dapat dibuat foto melalui difraksi sinar X oleh Rosalind Franklin.

Berdasarkan foto yang diambil Rosalind Franklin pada bulan April 1953, Watson dan Crick mengambil kesimpulan bahwa struktur model DNA terdiri atas dua rantai polinukleotida yang diikat oleh hidrogen di antara basa nitrogen. Ikatan hidrogen antara adenin dan timin dihubungkan oleh dua ikatan hidrogen. Sementara itu, antara sitosin dan guanin dihubungkan oleh tiga ikatan hidrogen. Perhatikanlah Gambar 3.11.

Model melekul DNA menurut Watson dan Crick menunjukkan basa purin dan pirimidin

2. Replikasi DNA

DNA dapat berfungsi sebagai heterokatalis, artinya DNA dapat menyin- tesis molekul lain, membentuk RNA. DNA juga berfungsi sebagai auto- katalitik, artinya DNA mampu membentuk dirinya sendiri.

Dengan fungsi otokatalitik, DNA dapat memperbanyak diri melalui suatu proses yang dinamakan replikasi (Gambar 3.12). Replikasi DNA akan meng- hasilkan DNA baru dari rantai DNA yang telah ada. Proses replikasi ini memerlukan deoksiribonukleosida fosfat dan beberapa enzim (Campbell, et al, 2006: 18).

Rantai DNA baru dihasilkan dari proses replikasi

Enzim nuklease menghidrolisis atau memecah rantai ganda polinukleotida menjadi dua rantai tunggal mononukleotida. Enzim polimerase masing- masing membentuk rantai baru sebagai pasangan rantai polinukleotida yang telah terpisah sehingga terbentuk dua rantai DNA yang baru (Gambar 3.13). Model replikasi ini dikenal sebagai model semikonservatif. Karena setengah dari molekul DNA induk masih tersimpan dalam setiap molekul DNA anakan. Model replikasi ini dikemukakan oleh Watson dan Crick, dan telah dibuktikan melalui penelitian pada tahun 1950-an.

Dua rantai DNA baru masih memiliki rantai nukleotida dari rantai DNA lama

E. RNA

Selain DNA, sel yang bertipe prokariotik maupun eukariotik memiliki asam nukleat berupa ribonucleic acid (RNA). Pada umumnya, RNA merupakan hasil sintesis DNA, kecuali pada beberapa jenis virus.

1. Susunan Kimia RNA

RNA adalah polimer asam nukleotida dari empat jenis ribonukleotida (Tabel 3.4). Molekul RNA dapat berbentuk pita tunggal atau pita ganda yang tidak terpilin heliks, seperti halnya pada DNA (Gambar 3.14b). Setiap pita RNA terdiri atas ribonukleotida (polinukleotida).

RNA mengandung gula pentosa, basa nitrogen, dan asam fosfat. Gula pentosanya berupa ribosa. Basa nitrogen purinnya terdiri atas adenin (A) dan guanin (G), sedangkan pirimidinnya terdiri atas sitosin (C) dan urasil (U) (Gambar 3.14a).

(a) Struktur RNA yang mengandung gula ribosa, basa nitrogen, dan senyawa fosfat (b) Struktur rantai tunggal RNA

Tabel 3.4 Empat Basa Nitrogen, Ribonukleosida, dan Ribonukleotida dari Molekul RNA

2. Jenis RNA

Pada dasarnya, terdapat dua kelompok utama RNA yang menyusun makhluk hidup, yaitu RNA genetik dan RNA nongenetik. Apakah perbedaan kedua RNA tersebut?

a. RNA genetik

RNA genetik memiliki fungsi yang sama dengan DNA, yakni merupakan molekul genetik yang secara keseluruhan bertanggung jawab dalam membawa segala materi genetis, seperti yang dimiliki oleh DNA. Dengan kata lain, RNA ini berfungsi sebagai DNA. RNA genetik ini hanya dimiliki oleh makhluk hidup tertentu yang tidak memiliki DNA, seperti pada beberapa jenis virus.

b. RNA nongenetik

RNA nongenetik merupakan RNA yang tidak berperan sebagai DNA (Gambar 3.15). RNA nongenetik dimiliki oleh makhluk hidup yang materi genetiknya diatur oleh DNA. Pada makhluk hidup kelompok ini, di dalam selnya terdapat DNA dan RNA.

RNA nongenetik dibedakan menjadi tiga macam, yakni (a) mRNA, (b) rRNA, dan (c) tRNA

Berdasarkan letak serta fungsinya, RNA non-genetik dibedakan menjadi tiga macam, yakni RNA duta, RNA ribosom, dan RNA transfer.

RNA duta atau “messenger RNA” (mRNA) merupakan asam nukleat yang berbentuk pita tunggal dan merupakan RNA terbesar atau terpanjang yang bertindak sebagai pola cetakan pembentuk polipeptida. Fungsi utama mRNA adalah membawa kode-kode genetik dari DNA ke ribosom. mRNA juga berfungsi sebagai cetakan dalam sintesis protein.
RNA transfer (tRNA) merupakan RNA terpendek yang bertindak sebagai penerjemah kodon dari mRNA. Selain itu, tRNA berfungsi mengikat asam-asam amino yang akan disusun menjadi protein dan mengang- kutnya ke ribosom. Pada tRNA terdapat bagian yang berhubungan dengan kodon yang disebut antikodon dan bagian yang berfungsi sebagai pengikat asam amino.
RNA ribosom (rRNA) merupakan RNA dengan jumlah terbanyak dan penyusun ribosom. RNA ini berupa pita tunggal, tidak bercabang, dan fleksibel. Lebih dari 80% RNA merupakan rRNA. Fungsi rRNA sampai sekarang masih belum banyak diketahui, tetapi diduga memiliki peranan penting dalam proses sintesis protein.

3. Perbandingan DNA dan RNA

Komponen penyusun DNA dan RNA memiliki banyak kemiripan. Namun, karena fungsinya berbeda, keduanya juga memiliki beberapa perbedaan, terutama dalam hal letak, struktur, kadar, fungsi, dan komposisi kimianya. Berbagai perbedaan tersebut dapat Anda pelajari pada Tabel 3.5 Perbedaan antara DNA dan RNA.

F. Kode Genetik

DNA mengandung substansi genetik yang dapat memberi informasi keturunan dari sel ke sel berikutnya, dan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Bagaimanakah pola informasi tersebut dapat disampaikan? Kode genetik merupakan suatu informasi dengan menggunakan huruf sebagai lambang dari basa nitrogen (A, T, C, dan G) yang dapat menerjemahkan macam-macam asam amino di dalam tubuh.

Sampai sekarang telah dikenal 20 macam asam amino. Bagaimanakah empat basa nitrogen itu dapat diterjemahkan ke dalam 20 macam asam amino? Dugaan pertama, kode genetik tersebut disusun oleh satu kode huruf atau kode singlet. Kode ini menyatakan bahwa sebuah nukleotida memberi kode untuk sebuah asam amino. Mengingat asam amino nonesensial ada 20 macam, maka dugaan tersebut tidak bisa diterima.

Bagaimanakah jika setiap dua buah basa nitrogen mengkodekan satu jenis asam amino? Kode yang akan diperoleh dari empat jenis basa nitrogen adalah 42 = 16. Kode-kode ini belum mencukupi untuk 20 macam asam amino. Kode-kode dari 16 macam asam amino dengan dua buah basa nitrogen ini disebut kode duplet. Bagaimana jika tiga buah basa nitrogen mengode satu asam amino? Jika hal ini dilakukan, kode yang akan diperoleh adalah 43 = 64 macam kode. Ini berarti, lebih dari cukup untuk 20 kode asam amino.

Percobaan Crick (1961) dengan menggunakan virus T4 (bakteriofage) dari Escherichia coli membuktikan bahwa dengan menerapkan kode duplet, bakteri ini tidak dapat menjalankan fungsinya secara normal. Berdasarkan keadaan tersebut, dapat disimpulkan bahwa kode genetik haruslah dalam bentuk kode triplet (urutan tiga macam basa nitrogen). Kode triplet disebut juga kodon.

Rangkaian tiga basa nitrogen yang berfungsi membuat kode-kode disebut kodogen (agen kode). Proses pembentukan kode-kode tersebut dilakukan melalui transkripsi. Rantai polinukleotida DNA yang bertugas mencetak kode-kode disebut rantai sense (DNA template), sedangkan rantai pelengkapnya disebut rantai antisense.

Kode genetik triplet tersebut dinamakan “bahasa mRNA” (messenger RNA) karena mRNA yang membawa kopi dari kode genetik yang terdapat pada DNA. Dalam mRNA, timin (T) diganti dengan urasil (U), jadi kode singlet pada mRNA menjadi A, G, C, dan U. Perhatikan Tabel 3.6 Rangkaian Basa yang Mengodekan Setiap Jenis Asam Amino

G. intesis Protein

Suatu gen menentukan ada tidaknya suatu sifat. Dengan kata lain, kode genetik merupakan penentu sifat apa yang akan muncul atau tampak pada individu. Hubungan antara genotipe (kode genetik) dengan fenotipe (sifat yang tampak) diperantarai oleh sintesis senyawa polimer asam amino yaitu protein. Sebagai penyusun tubuh makhluk hidup, protein dapat ditemukan antara lain sebagai enzim, hormon, pigmen keratin, dan hemoglobin.

Jenis dan rangkaian asam amino yang menyusun protein berbeda antara protein yang satu dan protein yang lainnya. Mekanisme sintesis protein terjadi melalui dua tahap, yakni transkripsi dan translasi (Gambar 3.16).

Gambaran proses sintesis protein secara umum. Tahap apa saja yang terjadi dalam sintesis protein?

1. Transkripsi

Tahap pertama dari sintesis protein adalah transkripsi (Gambar 3.17). Proses ini berlangsung di dalam inti sel. Transkripsi merupakan proses sintesis langsung RNA dari DNA.

Pada saat inti sel memerintahkan perlunya sintesis protein, informasi DNA dialihkan melalui RNA pembawa pesan yang disebut RNA messenger (mRNA). mRNA berisikan salinan langsung pasangan basa dari DNA. Tahap inilah yang dinamakan dengan transkripsi. Transkrip berarti salinan. Kode genetik disalin dari DNA untuk dibawa keluar dari nukleus menuju lokasi pembuatan protein di ribosom yang berada di sitoplasma. Urutan basa nitrogen yang dibawa ke luar nukleus dalam mRNA ini dinamakan sebagai kodon. Dalam proses transkripsi, banyak proses enzimatik yang terjadi, seperti pemutusan ikatan-ikatan hidrogen pada rantai DNA serta pembacaan urutan basa nitrogen yang prosesnya mirip dengan duplikasi DNA.

Proses transkripsi yang terjadi pada sel

Tahap inisiasi transkripsi dimulai dengan pengenalan daerah gen di DNA oleh enzim RNA polimerase. Daerah ini dinamakan dengan promoter, yakni tempat dimulainya sintesis pasangan DNA oleh mRNA. Daerah DNA yang disalin hanyalah satu bagian rantai saja yang dinamakan dengan sense (daerah template) dan rantai yang lainnya dinamakan rantai antisense. Pembacaan DNA oleh RNA polimerase ini dimulai dari ujung 3' menuju ujung 5' dan tidak pernah sebaliknya. RNA polimerase akan membuka ikatan double helix pada bagian gen yang dikenali dan kemudian akan menyalin urutan basa yang ada pada DNA sense (template) sehingga terbentuk DNA baru dari arah ujung 5' menuju ujung 3'. Proses ini dinamakan dengan elongasi.

Proses transkripsi diakhiri jika gen di daerah rantai template telah selesai dibaca (terdapat kodon stop). DNA memiliki mekanisme agar RNA polimerase dapat mengenali akhir dari gen dengan kode basa tertentu, daerah ini dikenal dengan nama terminator. Proses akhir dari transkripsi ini dinamakan dengan terminasi. Setelah itu, rantai mRNA akan keluar dari DNA menuju ribosom di sitoplasma (Campbell, et al, 2006: 193).

2. Translasi

mRNA mengandung urutan basa yang akan diterjemahkan menjadi protein (asam amino). Kode genetik, yang dibawa di dalamnya (kodon) dibaca dalam urutan tiga basa (triplet) menjadi protein. Proses penerjemahan kodon menjadi protein atau yang disebut dengan translasi. Langkah-langkah transkripsi dan translasi dapat diperhatikan pada Gambar 3.18 berikut.

Proses sintesis protein melibatkan mRNA dan tRNA

Ribosom, sebagai tempat pembuatan protein terdiri atas dua bagian yang disebut subunit kecil dan subunit besar. Secara garis besar, translasi dibagi menjadi tiga tahap, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Pada tahap inisiasi, mRNA akan menempel pada subunit kecil ribosom. Subunit kecil ini akan mengenali kode awal genetik AUG dari mRNA yang disebut sebagai start kodon. Subunit besar ribosom kemudian akan bergabung dengan subunit kecil membentuk kompleks ribosom.

Proses penerjemahan ini dibantu oleh tRNA yang membawa pasangan kodon dari mRNA. Pasangan basa tRNA di ribosom ini dinamakan sebagai antikodon. tRNA akan datang membawakan pasangan basa yang sesuai dengan kodon dari mRNA. tRNA mengandung gugus asam amino yang sesuai dengan antikodon yang berada di ujung struktur rantai tunggal RNA.

Tahapan selanjutnya adalah elongasi dari pembacaan kodon oleh tRNA sehingga terbentuk rantai polipeptida. Elongasi akan berhenti pada tahap pembacaan urutan basa spesifik yang memerintahkan proses translasi dihentikan (tahap terminasi). Urutan ini biasanya terdiri atas UAA, UAG, dan UGA yang dikenal dengan nama stop kodon.

Berikut adalah contoh bagaimana penerjemahan kodon pada mRNA terjadi sehingga dapat dihasilkan polipeptida.

DNA membentuk messenger RNA (membentuk pasangan) (mRNA). mRNA mentranskripsi kode genetik yang terdapat pada DNA menjadi kode genetik yang terdapat mRNA yang dinamakan kodon.
mRNA keluar dari inti sel (nukleus) melalui retikulum endoplasma menuju ribosom dan menempelkan dirinya pada ribosom.
Di dalam sitoplasma tRNA mengadakan translasi kodon pada mRNA menjadi antikodon pada tRNA yang susunan antikodonnya seperti berikut.
tRNA yang memiliki antikodon SGU akan mengangkut asam amino arginin, tRNA berantikodon ASG mengangkut treonin, dan tRNA berantikodon AAA mengangkut lisin.
tRNA mengangkut asam amino ke ribosom yang kemudian disusun menjadi polipeptida atau protein
Dalam pembentukkan polipeptida, asam amino yang satu digabung dengan asam amino yang lain oleh ikatan peptida. Proses ini berjalan terus sampai akhirnya ditemukan kodon, misalnya stop (UAG).

Demikianlah postingan yang admin bagikan tentang Substansi Genetik. Semoga bermanfaat dan dapat menambah ilmu serta wawasan anda mengenai mata pelajaran Biologi lebih mendalam dan meluas lagi.