BAB IV

HEREDITAS PADA MAKHLUK HIDUP


Melalui persilangan resiprok yaitu persilangan dengan asal gamet jantan dan betina dipertukarkan, telah diketahui bahwa gamet dari masing-masing induk (Parental =P) memberikan saham yang sama di dalam pewarisan sifat. Bagian dari gamet induk yang bertanggung jawab dalam pewarisan tersebut adalah gen yang terdapat dalam kromosom. Istilah gen sebagai bahan keturunan diperkenalkan oleh W. Johanse, sedangkan istilah kromosom diperkenalkan oleh W. Waldayer.



Standar Kompetensi
Menerapkan prinsip-prinsip genetik tumbuhan dan hewan



Kompetensi Dasar
4.1. Mengidentifikasi gen, kromosom, pembelahan mitosis dan meiosis.
4.2. Menerapkan Hukum Mendel dan penyimpangannya.
4.3. Mendeskripsikan mutasi dan faktor penyebabnya.
4.4. Mendeskripsikan peranan manusia dalam revolusi hijau dan revolusi biru.
4.5. Menerapkan dasar-dasar pemuliaan (penemuan bibit unggul).



Tujuan Pembelajaran
Setelah mempelajari Hereditas Pada Tumbuhan dan Hewan, Kalian diharapkan dapat memahami, menafsirkan, dan mengkomunikasikan pemahaman konsep hereditas, penerapan Hukum Mendel dan penyimpangannya serta dasar-dasar pemuliaan tumbuhan dan hewan.



Kata-Kata Kunci
Alel Kromatin Antikodon Kromomer Antisense Kromosom
Autosom Kromosom homolog Breeding Kromosom kelamin Dihibrida Letal
Diploid Lokus



71
Dominan Modifikasi Double helix Monohibrida Ekson Mutasi Epistasis Nukleosida Fenotipe Nukleotida Genotipe Pautan Genom kromosom Pindah silang Haploid Replikasi Heterozigot Seleksi Hipostasis Sense Homozigot Sistron
Intron Template Karier Transkripsi Kodon Translasi Kriptomeri Triplet


4.1. Struktur kimia materi genetik
4.1.1. Struktur DNA
Analisis secara kimia sel menunjukkan bahwa di dalam sel terdapat senyawa-senyawa organik, seperti karbohidrat, lemak, protein, dan asam nukleat. Asam nukleat ini (DNA) terdapat di dalam nukleus sebagai penyusun benang-benang kromatin yang pada waktu pembelahan sel akan memendek membentuk kromosom.

Nukleoplasma mengandung bermacam-macam bahan kimia, seperti larutan fosfat, gula ribosa, protein, nukleotida, asam nukleat, serta garam-garam mineral. Selain zat-zat tersebut, kita ketahui pula bahwa bahan dasar nukleus adalah protein yang khas yang disebut protein inti atau nukleoprotein. Nukleoprotein dibangun oleh senyawa protein dan asam nukleat. Dari beberapa macam asam nukleat yang ada sangkut pautnya dengan hereditas ada dua macam, yaitu DNA dan RNA. DNA (Deoxyribose Nucleic Acid = Asam Deoksiribo Nukleat
= ADN) dan RNA (Ribose Nucleic Acid = Asam Ribo Nukleat = ARN). Keduanya bertanggung jawab membentuk protein serta mengontrol sifat-sifat keturunan. DNA merupakan materi genetik gen yang berada dalam lokus kromosom. RNA dibentuk oleh DNA, membawa kode genetik yang akan ditranslasi dan menentukan urutan asam amino pembentuk protein. Protein fungsional (enzim) yang terbentuk akan menentukan dapat tidaknya suatu reaksi berlangsung.

Penemu DNA dan RNA adalah seorang ahli kimia berkebangsaan Jerman, Frederich Miesher (1869), yang menyelidiki susunan kimia nukleus. Zat yang mengandung fosfor sangat tinggi dalam nukleus mula-mula disebut nukleat.





72
Dengan penelitian lebih lanjut diketahui bahwa asam nukleat tersusun atas nukleotida-nukleotida sehingga merupakan polinukleotida. Satu nukleotida terdiri atas nukleosida dan fosfat (PO4). Sedangkan nukleosida terdiri dari sebuah gula pentosa (berkarbon lima) dan sebuah basa nitrogen, berupa: purin atau pirimidin. Jadi, nukleosida adalah nukleotida yang tanpa fosfat, sedangkan nukleotida adalah nukleosida dengan fosfat.

Asam deoksiribonukleat (DNA) merupakan molekul kompleks yang dibentuk oleh 3 macam molekul, yaitu:
1. gula pentosa (deoksiribosa)
2. fosfat (PO4)
3. basa nitrogen terdiri dari:
a. Purin: Guanin (G) dan Adenin (A)
b. Pirimidin: Timin (T) dan Sitosin (C)

Jadi, suatu molekul nukleotida yang menyusun DNA terdiri dari ikatan gula pentosa, basa N, dan fosfat, dapat berbentuk:
1. adenin nukleotida = adenin deoksiribosa fosfat
2. guanin nukleotida = guanin deoksiribosa fosfat
3. sitosin nukleotida = sitosin deoksiribosa fosfat
4. timin nukleotida = timin deoksiribosa fosfat

Berdasarkan hasil penelitian Franklin dan M.H.F. Wilkins pada DNA dengan menggunakan sinar X, J.D.Watson dan F.C.H. Crick mengemukakan suatu model gen (1953), yang terkenal dengan nama double helix (tangga tali berpilin ganda) (lihat Gambar 4.1). Watson dan Crick mendapatkan hadiah Nobel pada tahun 1962 atas penemuan tersebut.


Gambar 4.1. Struktur molekul DNA heliks ganda.



73
Struktur kimia gen (DNA) menurut Watson-Crick berupa tangga berpilin tersusun atas:
1. gula dan fosfat sebagai induk/ ibu tangga.
2. basa nitrogen, dengan pasangan tetapnya sebagai anak tangga.

G berpasangan dengan C, dihubungkan oleh tiga ikatan (lemah) hidrogen, sedangkan T berpasangan dengan A dihubungkan oleh dua ikatan (lemah) hidrogen

DNA mempunyai kemampuan autokatalitik membentuk DNA baru yang sama persis dengan DNA asal, proses ini disebut replikasi, Selain itu DNA juga mempunyai kemampuan membentuk molekul kimia lain dari salah satu atau sebagian rantainya yang disebut kemampuan heterokatalitik.

Peristiwa replikasi DNA pertama-tama diselidiki pada tahun 1957 oleh Taylor dan kawan-kawan dengan menggunakan nitrogen radioaktif N15 yang dilabelkan dalam timidin. Timidin ialah senyawa antara timin dan deoksiribosa. Percobaan Taylor dan kawan-kawan ini diperkuat oleh penelitian Matthew Miselson dan Franklin Stahl (1958) dengan menggunakan N dalam bentuk N15O3 pada bakteri Escherichia coli, ternyata sel-sel anakan yang terbentuk mengandung bahan radioaktif itu pula. Cara replikasi DNA berdasarkan percobaan Meselson dan Stahl ini disebut dengan cara semi konservatif (lihat Gambar 4.2), yang banyak diterima oleh sebagian besar ahli biologi.

Teori semi konservatif menyatakan bahwa dua pita dari double helix memisahkan diri dan masing-masing pita yang lama membentuk pita baru. Dengan demikian DNA yang dibentuk mempunyai satu utas DNA lama yang berpasangan dengan utas DNA yang baru dibentuk dan merupakan komplemennya. Pada proses replikasi, urutan nukleotida kedua DNA yang baru dibentuk tersebut persis sama dengan urutan nukleotida pada DNA sebelumnya.

Replikasi berlangsung pada sel-sel yang sedang tumbuh, saat interfase (mitosis). Proses replikasi DNA ini melibatkan beberapa enzim antara lain:
a. Helikase, untuk mempermudah membuka rantai ganda DNA
menjadi dua buah rantai tunggal.
b. Polimerase, untuk menggabungkan deoksiribo nukleosida trifosfat. c. Ligase, untuk menyambung bagian-bagian rantai tunggal DNA
yang baru terbentuk.






74





A. Replikasi menghasilkan DNA baru yang mempunyai urutan
nukleotida persis sama dengan DNA lama.


B. semikonservatif menghasilkan DNA baru yang mempunyai
satu utas dari DNA pembentuknya.

Gambar 4.2 Proses replikasi DNA.

Seperti halnya DNA, RNA mempunyai daya absorpsi maksimum terhadap sinar violet dengan panjang gelombang 260 milimikron, serta menyerap warna yang bersifat basa. RNA merupakan polinukleotida yang disusun oleh gula ribose (pentosa), fosfat, dan basa nitrogen berupa purin (Adenin dan Guanin) serta pirimidin (Cytosin dan Urasil) yang menggantikan timin. Selain itu, RNA merupakan utas tunggal.

Perbedaan antara DNA dan RNA secara ringkas dapat dilihat pada Tabel 4.1.






75



Tabel 4.1. Perbedaan DNA dan RNA
DNA RNA
1. Rantai panjang dan ganda
(double helix).

2. Basa nitrogennya terdiri atas: purin, yaitu (Adenin=A) dan (Guanin=G), pirimidin berupa (Timin=T) dan
(Sitosoin=C).

3. Komponen gula pentosanya adalah deoksiribosa,

4. Hanya ditemukan dalam kromosom, mitokondria, dan kloroplas.

5. Fungsinya berhubungan erat dengan penurunan sifat dan sintesis protein.

6. 6. Kadarnya tidak dipengaruhi oleh aktivitas sintesis protein.
1. Rantai pendek dan tunggal.


2. Basa nitrogennya terdiri atas:
purin, yaitu (Adenin=A) dan
(Guanin=G) dan pirimidin yaitu
(Urasil=U) dan Sitosin=C).

3. Komponen gula pentosanya adalah ribosa.

4. Ditemukan dalam sitoplasma
(ribosom dan nukleus).

5. Fungsinya berhubungan erat dengan sintesis protein fungsional.

6. Kadarnya dipengaruhi oleh aktivitas sintesis protein.



RNA dibentuk oleh DNA di dalam nukleus melalui proses transkripsi. Ada tiga macam RNA, yaitu :
1. RNA duta disebut juga mRNA (messenger RNA), berperan
membawa kode genetik dari DNA.
2. RNA ribosom (rRNA), berperan sebagai penyusun ribosom.
3. RNA transfer (tRNA), berperan membawa asam amino.

4.1.2. Kode genetik
Kode genetik ialah suatu cara untuk menetapkan jumlah serta urutan nukleotida yang berperan dalam menentukan posisi yang tepat dari tiap asam amino dalam rantai peptida yang panjang (polipeptida). Berapa jumlah nukleotida yang diperlukan untuk mengkode penempatan asam amino dalam polipeptida?

Nerenberg, Khorona, dan Holley tahun 1968 menerima hadiah nobel karena menciptakan kode genetik dengan membuat mRNA buatan yang hasilnya sebagai berikut:
1. Jika sebuah kodon hanya terdiri dari dari satu nukleotida saja, maka akan didapatkan 4 kodon, yaitu A,G,C, dan U. Kode genetik yang menggunakan 1 nukleotida saja disebut kode singlet, kode ini tidak memenuhi syarat, sebab baru mengkode 4 asam amino, padahal jumlah asam aminonya 20.



76
2. Jika sebuah kodon terdiri dari tiga nukleotida, didapatkan 43 = 64
kodon disebut kode triplet. Dengan kode triplet akan ada kelebihan
64-20= 44 kodon, tetapi ini tidak menjadikan masalah karena satu macam asam amino dapat dikode oleh beberapa kodon (lihat Tabel 4.2)

Maka semakin jelas bahwa kode yang berlaku sampai sekarang adalah kode triplet. Dari 64 macam kodon, 3 kodon yaitu UAA, UAG, dan UGA merupakan kodon nonsense (kodon stop), yaitu kodon yang mengakhiri sintesis protein. Sedangkan kodon UAG dengan terjemahannya metionin merupakan kodon awal (kodon start) yaitu kodon untuk memulai terjadinya sintesis protein.

Tabel 4.2. Kodon triplet pada mRNA



4.1.3. Sintesis polipeptida
Kode genetik diekspresikan ke dalam bentuk sintesis protein. Sintesis protein membutuhkan bahan dasar asam amino dan berlangsung dalam ribosom. Sintesis ini melibatkan DNA, RNA, dan ribosom. Secara garis besar ekspresi gen berlangsung melalui dua tahap, yaitu transkripsi dan translasi (lihat Gambar 4.3)