Struktur Dan Fungsi Materi Genetik

Makhluk hidup memiliki persenyawaan kimia yang sangat penting yang membawa keterangan genetic dari sel khususnya atau dari makhlukdalam keseluruhannya dari satu generasi ke generasi berikutnya. DNA sangat menarik perhatian para biologiwan modern dalam abad ini, seperti halnya ahli kimia serta fisika tertarik pada atom. Oleh karena DNA sangat erat hubungannya hamper dengan semua aktifitas biologi, maka banyak penyelidikan telah dilakukan, bahkan kini masih terus berjalan untuk engetahui lebih banyak lagi tentang DNA. DNA menempati urutan pertama dalam sitologi  ( ilmu hal sel ), genetika, biologi molekul, mikrobiologi, biologi perkembangan, biokimia dan evolusi (Suryo, 1992).

Sel eukariot mempunyai DNA dalam jumlah sangat besar. Dalam sel tubuh manusia, misalnya DNA, yang terkandung kira-kira seribu kali lebih banyak daripada dalam sebuah sel bakteri. sementara sel beberapa hewan amfibi memiliki kandungan DNA lebih dari 10 kali dari yang terkandung dalam tubuh kita. Sebagian DNA bersifat structural, yang memungkinkan bagian-bagian pembawa informasi genetic membentuk sususnan rapat. Sebagian DNA bersifat regulator, yaitu membantu mengaktifkan dan mengistirahatkan gen yang mengatur sintesis protein (Bruce, 1994).

Nukleus terdiri atas banyak benang yang kaya protein yang terletak di dalam cairan nucleus. Di dalam sel yang istirahat benang-benang ini dinamakan kromatin. Pada kromosom terletak penentu-penentu genetic atau ketururnan yang dinamai gene dalam sususnan berderet. Jumlah kromosom dalam badan sel adalah tetap untuk jenis organisme tertentu ( Evelyn, 1995).

Gregor mendel (1882-1884), seorang rahib Austria, mengadakan penyelidikan untuk membuka tabir rahasia keturunan melalui seperangkat eksperimen yang akan memberikan hasil-hasil yang berguna. Setiap makhluk hidup memiliki sifat yang berbedabeda. Teori-teori Mendel terkenal dengan sebutan Hukum Keturunan Mendel. Dalam penelitiannya, Mendel menggunakan tanaman kapri atau ercis (Pisum sativum). Secara khusus ia ingin mengetahui hokum-hukum yang mengatur produksi hibrida. Ia berasumsi tentang adanya suatu bahan yang terkait dengan suatu sifat atau karakter yang dapat diwariskan. Ia menyebutnya ‘faktor’. Pada 1910, Thomas Hunt Morgan menunjukkan bahwa gen terletak di kromosom. Selanjutnya, terjadi ‘perlombaan’ seru untuk menemukan substansi yang merupakan gen. Banyak penghargaan Nobel yang kemudian jatuh pada peneliti yang terlibat dalam subjek ini. Pada saat itu DNA sudah ditemukan dan diketahui hanya berada pada kromosom (1869), tetapi orang belum menyadari bahwa DNA terkait dengan gen. Melalui penelitian Oswald Avery terhadap bakteri Pneumococcus (1943), serta Alfred Hershey dan Martha Chase (publikasi 1953) dengan virus bakteriofag T2, dari sini diketahui bahwa DNA adalah materi genetic. Gregor Mendel telah berasumsi tentang adanya suatu bahan yang terkait dengan suatu sifat atau karakter yang dapat diwariskan. Ia menyebutnya ‘faktor’. Pada 1910, Thomas Hunt Morgan menunjukkan bahwa gen terletak di kromosom. Selanjutnya, terjadi ‘perlombaan’ seru untuk menemukan substansi yang merupakan gen. Banyak penghargaan Nobel yang kemudian jatuh pada peneliti yang terlibat dalam subjek ini (Geoffrey, 1984).

Kromosom
Kromosom pertama kali diamati oleh Karl Wilhelm von Nägeli pada 1842 dan ciri-cirinya dijelaskan dengan detil oleh Walther Flemming pada 1882. Pada 1910, Thomas Hunt Morgan membuktikan bahwa kromosom merupakan pembawa gen. Kromosom merupakan tabung-tabung protein dalam setiap sel. Jumlah kromosom sangat bervariasi dalam bentuk tabung. Kromosom merupakan zat yang mudah mengikat zat warna sehingga mudah diamati sewaktu sel membelah. Zat penyusun kromosom disebut kromatin, yaitu serabut halus yang terjalin seperti benang. Kromosom terdiri atas belahan dua benang halus yang sama, disebut kromatid. Kromosom merupakan struktur makromolekul besar yang memuat DNA yang membawa informasi genetik dalam sel. DNA terbalut dalam satu atau lebih kromosom.

ukuran kromosom

Kromosom tersusun atas nucleoprotein, yaitu persenyawaan antara asam nukleat yang terdapat dalam inti sel serta protein histon atau protamin, yang membawa keterangan genetic hanyalah asam nukleat saja. Sebuah kromosom (dalam bahasa Yunani chroma = warna dan soma= badan) adalah seberkas DNA yang sangat panjang dan berkelanjutan, mengandung gen unsure dan nukleotida. Kromosom ini dilapisi oleh histon (protein structural). Setiap kromosom memiliki dua lengan, yang pendek disebut lengan p (dari bahasa Perancis petit yang berarti kecil atu pendek) dan lengan yang panjang lengan q (q mengikuti p dalam alfabet).

struktur kromosom

Dalam kromosom terdapat gen yang membawa sifat-sifat keturunan atau disebut juga faktor keturunan. Gen tersusun secara teratur pada suatu deretan tertentu dan berada di dalam lokus. Di dalam kromosom terdapat DNA (Deoxyribonucleic Acid).

Jumlah kromosom dalam sel bervariasi, tergantung pada jenis makhluk hidupnya. Namun, jumlah kromosom pada tiap jenis makhluk hidup selalu tetap. Panjang kromosom juga berbeda-beda. Hewan cenderung memiliki kromosom yang pendek (4-6µm), sedangkan tumbuhan cenderung memiliki kromosom yang panjang (mencapai 50µm). Panjang kromosom pada tiap-tiap makluk hidup berbeda – beda berkisar antara 0,2 – 20 mikron. Pada umumnya semakin sedikit jumlah kromosom pada suatu makluk hidup semakin panjang kromosomya.

Manusia memiliki 46 kromosom, tepatnya 23 kromosom homolog. Dari jumlah tersebut, 44 (atau 22 pasang) merupakan autosom (A) dan 2 (atau sepasang) merupakan gonosom. Seorang perempuan memiliki 22 pasang autosom dan sepasang kromosom X sehingga rumus kromosomnya 22AAXX. Seorang laki-laki memiliki 22 pasang autosom dan 1 kromosom X serta 1 kromosom Y sehingga rumus kromosomya 22AAXY.

DNA ( Deoksiribonucleic Acid)

Senyawa ini merupakan senyawa kimia yang terpenting pada makhluk hidup. DNA memiliki fungsi untuk menyampaikan atau membawa informasi genetic suatu sel mahkluk hidup dari satu generasi ke generasi berikutnya. Molekul DNA ditemukan pertama kali oleh F. Miescher (1869) dari sel spermatozoa dan dari nucleus sel-sel darah merah burung, dan menamakannya sebagai Nuklein. Molekul-molekul inilah yang menyediakan mekanisme untuk meneruskan informasi genetic dari sel parental ke sel anak (pada tingkat seluler), dari induk ke ekturunan (pada tingkat organis) serta dari generasi ke generasi (pada tingkat populasi). Struktur DNA ditemukan dan diamati oleh James D. Watson (Perancis) dan F.C Crick (Inggris), meraka menemukan bahwa struktur DNA adalah double helix. Double helix yaitu tangga tali yang terpilin.

DNA adalah singkatan dari deoxyribonucleic acid atau asam deoksiribonukleat, merupakan suatu makromolekul yang tersusun oleh nukleotida sebagai molekul dasarnya yang membawa sifat gen. Sering disebut juga asam nukleat atau asam inti. Disebut asam inti karena DNA biasanya terdapat dalam nukleus (inti). Ada pula DNA yang terdapat di luar nukleus, misalnya di dalam kloroplas, mitokondria dan sentriol. Berikut akan dibahas struktur dan replikasi DNA.

Sebelumnya, DNA dianggap terlalu sederhana untuk menampung informasi genetik. Awalnya protein dipercaya merupakan tempat penyimpanan informasi genetik karena protein terdiri dari 20 macam asam amino. DNA yang merupakan asam nukleat terdiri dari empat macam nukleotida (akan dibahas pada materi berikutnya) justru dianggap sebagai penyokong protein.

Sekilas protein terlihat memiliki kapasitas penyimpanan yang besar. Misalnya seuntai tujuh jenis asam amino yang berbeda dapat diatur menjadi sekitar satu juta kemungkinan susunan yang berbeda. Namun berdasarkan hasil penelitian Oswarld Avery, Colin MacLeod, dan Macyln Mc Carty menunjukkan bahwa justru komponen DNA-lah dan bukan protein yang membawa informasi genetik.

DNA tersusun atas rangkaian nukleotida. Setiap nukleotida tersusun atas :

1. Gugusan gula deoksiribosa (gula pentosa yang kehilangan satu atom oksigen)
2. Gugusan asam fosfat yang terikat pada atom C nomor 5 dari gula)
3. Gugusan basa nitrogen yang terikat pada atom C nomor 1 dari gula

Ketiga gugus tersebut saling terkait dan membentuk “tulang punggung” yang sangat panjang bagi heliks ganda. Strukturnya dapat diibaratkan sebagai tangga, dimana ibu tangganya adalah gula deoksiribosa dan anak tangganya adalah susunan basa nitrogen. Sedangkan fosfat menghubungkan gula pada satu nukleotida ke gula pada nukleotida berikutnya untuk membentuk polinukleotida.

Basa nitrogen penyusun DNA terdiri dari basa purin, yaitu adenin (A) dan guanin (G), serta basa pirimidin yaitu sitosin atau cytosine (C) dan timin (T). Ikatan antara gula pentosa dan basa nitrogen disebut nukleosida. Ada 4 macam basa nukleosida yaitu :

1. Ikatan A-gula disebut adenosin deoksiribonukleosida (deoksiadenosin)
2. Ikatan G-gula disebut guanosin deoksiribonukleosida (deoksiguanosin)
3. Ikatan C-gula disebut sitidin deoksiribonukleosida (deoksisitidin)
4. Ikatan T-gula disebut timidin deoksiribonukleosida (deoksiribotimidin)

Ikatan asam-gula-fosfat disebut sebagai deoksiribonukleotida atau sering disebut nukleotida. Ada 4 macam deoksiribonukleotida, yaitu adenosin deoksiribonukleotida, timidin deoksiribonukleotida, sitidin deoksiribonukleotida, timidin deoksiribonukleotida. Nukleotida-nukleotida itu membentuk rangkaian yang disebut polinukleotida. DNA terbentuk dari dua utas poinukleotida yang saling berpilin.

Basa-basa nitrogen pada utas yang satu memiliki pasangan yang tetap dengan basa-basa nitrogen pada utas yang lain. Adenin berpasangan dengan timin dan guanin berpasangan dengan sitosin. Pasangan basa nitrogen A dan T dihubungkan oleh dua atom hidrogen (A=T). Adapun pasangan basa nitrogen C dan G dihubungkan oleh tiga atom hidrogen (C≡G). Dengan demikian, kedua polinukleotida pada satu DNA saling komplemen.

DNA ( Deoksiribonucleic Acid ) selain memiliki fungsi sebagai pembawa keterangan genetic, DNA juga berfungsi sebagai:

• Fungsi heterokatalitis, yaitu DNA mampu mensintesis molekul kimiawi lainnya secara langsung. Seperti mensintesis protein, dan RNA.
• Fungsi autokatalis, yaitu DNA dapat mensisntesa dirinya sendiri.

RNA ( Ribonucleic acid )

Sintesis protein melibatkan DNA sebagai pembuat rantai polipeptida. Meskipun begitu, DNA tidak dapat secara langsung menyusun rantai polipeptida karena harus melalui RNA. Seperti yang telah kita ketahui bahwa DNA merupakan bahan informasi genetik yang dapat diwariskan dari generasi ke generasi. Informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein. Informasi ditransfer secara akurat dari DNA melalui RNA untuk menghasilkan polipeptida dari urutan asam amino yang spesifik.

Selain DNA, sebagian besar sel prokariot dan sel eukariot juga memiliki asam nukleat yang lain yaitu RNA. RNA singkatan dari ribonucleic acid atau asam ribonukleat. RNA merupakan hasil transkripsi dari suatu fragmen DNA, sehingga RNA merupakan polimer yang jauh lebih pendek dibanding DNA. Tidak seperti DNA yang biasanya dijumpai di dalam inti sel, kebanyakan RNA ditemukan di dalam sitoplasma, terutama di ribosom.

Beberapa macam virus seperti virus Mosaik Tembakau atau TMV (“Tobacco Mosaic Virus”) dan Virus Influenza tidak memiliki DNA, melainkan hanya RNA saja. Jadi, seluruh bahan genetik di dalam selnya berupa RNA saja, sehingga membawa segala pertanggungjawaban seperti yang dibawa DNA. Oleh karena itu RNA demikian itu sering dinamakan juga RNA genetik, sedangkan RNA di dalam sel biasa disebut RNA nongenetik (akan dipelajari lebih lanjut pada materi Macam RNA). Berikut akan diuraikan tentang struktur RNA dan macam RNA.

RNA dapat dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu RNA genetik dan RNA non-genetik.

RNA genetik memiliki fungsi yang sama dengan DNA, yaitu sebagai pembawa keterangan genetik. RNA genetik hanya ditemukan pada makhluk hidup tertentu yang tidak memiliki DNA, misalnya virus. Dalam hal ini fungsi RNA menjadi sama dengan DNA, baik sebagai materi genetik maupun dalam mengatur aktivitas sel.

RNA non-genetik tidak berperan sebagai pembawa keterangan genetik sehingga RNA jenis ini hanya dimiliki oleh makhluk hidup yang juga memiliki DNA. Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA non-genetik dibedakan menjadi mRNA, tRNA, dan rRNA.

1. mRNA (messenger RNA) atau ARNd (ARN duta)
mRNA merupakan RNA yang urutan basanya komplementer (berpasangan) dengan salah satu urutan basa rantai DNA. RNA jenis ini merupakan polinukleotida berbentuk pita tunggal linier dan disintesis oleh DNA di dalam nukleus. Panjang pendeknya mRNA berhubungan dengan panjang pendeknya rantai polipeptida yang akan disusun. Urutan asam amino yang menyusun rantai polipeptida itu sesuai dengan urutan kodon yang terdapat di dalam molekul mRNA yang bersangkutan. mRNA bertindak sebagai pola cetakan pembentuk polipeptida. Adapun fungsi utama mRNA adalah membawa kode-kode genetik dari DNA di inti sel menuju ke ribosom di sitoplasma. mRNA ini dibentuk bila diperlukan dan jika tugasnya selesai, maka akan dihancurkan dalam plasma.
2. tRNA (transfer RNA) atau ARNt (ARN transfer)
RNA jenis ini dibentuk di dalam nukleus, tetapi menempatkan diri di dalam sitoplasma. tRNA merupakan RNA terpendek dan bertindak sebagai penerjemah kodon dari mRNA. Fungsi lain tRNA adalah mengikat asam-asam amino di dalam sitoplasma yang akan disusun menjadi protein dan mengangkutnya ke ribosom. Bagian tRNA yang berhubungan dengan kodon dinamakan antikodon.
3. rRNA (ribosomal RNA) atau ARNr (ARN ribosomal)
RNA ini disebut ribosomal RNA karena terdapat di ribosom meskipun dibuat di dalam nukleus. rRNA bersama protein membentuk ribosom, ialah benda-benda berbentuk butir-butir halus di dalam sitoplasma. Lebih dari 80% RNA merupakan rRNA. Fungsi dari RNA ribosom adalah sebagai mesin perakit dalam sintesis protein yang bergerak ke satu arah sepanjang mRNA. Di dalam ribosom, molekul rRNA ini mencapai 30-46%.