Teori Materi Genetik Dasar, Asam Nukleat, DNA, RNA, Gen & Kromosom

Kali ini kita membahas materi yang tidak pernah diajarkan di sekolah tingkatan sebelumnya. Mengenai Gen, DNA dan Hereditas atau pewarisan keturunan. Salah satu materi pelajaran biologi modern yang sering nongol di SBMPTN maupun UN. Materi ini sekilas tampak ribet, tetapi sangat menarik untuk dibahas. Sebagai catatan tambahan, bacalah pelan-pelan secara bertahap, jika bisa bayangkan dan deskripsikan di otak anda untuk mempermudah memahami bab ini.

Mari kita pahami bersama 'MAGIC of LIFE' ini. ^^

SEJARAH

     Sering kita jumpai pertanyaan mengenai asal sifat-sifat fisik yang ada dalam tubuh makhluk hidup. Dan sering juga kita jumpai bahwa sifat-sifat fisik tersebut diturunkan dari generasi ke generasi berikutnya. Contoh sederhananya adalah penampilan anak-anak biasanya akan mirip dengan kedua orang tuanya. Hal ini ‘menggelitik’ banyak ilmuwan untuk mulai mencari cara makhluk hidup untuk menurunkan sifat-sifat tersebut ke keturunannya.

     Berbagai teori dicetuskan dari jaman sebelum ada sistem metode ilmiah hingga jaman modern yang sangat bergantung pada penelitian dan penarikan kesimpulan dari data ilmiah. Ilmuwan mengetahui bahwa individu baru yang dihasilkan secara seksual, merupakan perkembangan dari zigot yang berasal dari fertilisasi (pembuahan) gamet jantan dan gamet betina induknya. Tetapi secara mengejutkan, zigot tersebut mempunyai sifat yang sama ataupun kombinasi dari sifat kedua induknya tersebut. Jadi kesimpulan awal dari eksperimen ilmiah sederhana tersebut adalah ‘ ada sebuah materi atau zat di dalam gamet jantan dan betina, yang masing-masing membawa data sifat dari orang tua’.

     Ada beberapa teori yang sedikit berbeda dengan kesimpulan diatas contohnya adalah teori Homunculus yang diperkenalkan oleh Nicolas Hartsoeker. Teori ini secara garis besar menyatakan bahwa ada manusia dengan ukuran kecil yang ada di dalam sperma dan ovum. Jadi proses reproduksi sebenarnya hanyalah proses pertumbuhan ‘homunculi’ tersebut menjadi besar di dalam rahim ibu. Tetapi ini menjadi kurang bisa diterima karena jika teori ini benar, maka homunculi yang ada di sperma hanya membawa sifat dari ayahnya saja, dan setelah tumbuh akan sangat mirip dengan ayah. Tetapi dalam kenyataannya sifat fisik anak biasanya merupakan campuran/kombinasi dari sifat kedua orang tuanya.

     Perkembangan berikutnya mengenai zat pembawa sifat ini diterangkan oleh Friedrich Miescher. Friedrich pada tahun 1869 menemukan bahwa pada inti sel darah putih terdapat suatu bahan kimia yang mengandung Fosfat dalam jumlah besar. Beberapa tahun kemudian beliau menyimpulkan bahwa bahan ini berhubungan dengan proses penurunan sifat ke generasi berikutnya (hereditas). Karena bahan ini ditemukan di dalam inti sel maka disebut dengan istilah nuclein atau nukleat.

     Setelah itu semakin banyak ilmuwan mulai meneliti nukleat tersebut. Perkembangan tentang nukleat didaptkan oleh Richard Altman pada tahun 1889 yang menemukan bahwa nuclein memiliki sifat asam. Maka digantilah istilah nuclein menjadi Nucleic Acid atau Asam Nukleat.

     Pada tahun 1938 Astbury dan Bell mulai memperkenalkan difraksi sinar X untuk mempelajari molekul-molekul berukuran kecil. Awalnya digunakan untuk mengamati keratin dan fibrin pada serabut tanaman dan rambut untuk pembuatan kain. Ternyata di tiap sel terdapat molekul protein yang membentuk struktur helix (lilitan). Dan di kemudian hari dia menggunakan metode yang sama pada sel tymus anak sapi, dan menemukan hal yang sama. Dia juga menjelaskan adanya ikatan Hidrogen yang memperkuat struktur dari molekul yang melilit (helix) tersebut. Sayangnya beliau tidak mampu menjelaskan detail gambaran dari molekul tersebut.

     Akhirnya pada tahun 1953 Francis Crick dan James D Watson berhasil menjelaskan secara gamblang mengenai struktur lengkap Asam Nukleat, khususnya DNA menggunakan metode difraksi sinar X. Mereka mengatakan bahwa DNA tersusun dari banyak Nukleotida yang tiap nukleotidanya tersusun dari Basa Nitrogen,Fosfat, dan juga Gula Deoksiribosa. Mereka juga membuat gambaran dari DNA utuh yang terdiri dari dua rantai Polinukleotida yang di ikat menggunakan ikatan Hidrogen untuk menyambungkan pasangan-pasangan Basa Nitrogen yang pada akhirnya membentuk struktur DoubleHelix DNA.

     Saat ilmu makin berkembang akhirnya didapatkanlah anggota Asam Nukleat lain selain DNA, yaitu RNA. Jadi, kini ada dua anggota asam nukleat yaitu DNA dan RNA.

NUKLEOTIDA

Nukleotida merupakan monomer (penyusun) dasar dari semua Asam Nukleat. Nukleotida ini memiliki 3 bahan utama, yaitu :

• Gula Pentosa / Ribosa : ini merupakan struktur utama dan terbesar pada nukleotida. Berupa Gula yang memiliki bentuk segilima. Pada DNA gula pentosa yang digunakan merupakan gula ribosa yang kehilangan/ kekurangan molekul Oksigen, maka disebut dengan istilah Deoksiribosa. Sedang pada RNA gula yang digunakan gula ribosa normal.
• Basa Nitrogen: Basa Nitrogen ini yang berfungsi menghubungkan kedua rantai polinukleotida menggunakan ikatan Hidrogen di tengah DNA. Basa Nitrogen memiliki dua golongan, Purin : Adenin & Guanin, Pirimidin: Timin, Sitosin, & Urasil. Pada DNA Adenin selalu berikatan dengan Timin, dan Guanin selalu berpasangan dengan Timin. Urasil hanya ada pada RNA menggantikan Timin, dan juga karena RNA merupakan asam nukleat berantai tunggal, maka Basa Nitrogennya tidak berpasangan.
• Fosfat

1 Nukleotida

       Bisa dilihat di gambar diatas ada sebuah nukleotida. Fosfat menempel pada glukosa pada karbon nomor 5', dan basa nitrogen menempel pada  karbon nomor 1'.

Catatan : 1 nukleotida terdiri dari 1 Gula, 1 Basa Nitrogen, dan 1 fosfat saja. Terkadang terdapat soal di SBMPTN, atau UN menyebut tentang nukleosida. Nukleosida hanya terdiri atas 1 Gula dan 1 Basa Nitrogen saja, tanpa Fosfat.

DNA & RNA
     DNA & RNA merupakan polimer (struktur yang dibentuk dengan pengulangan suatu bahan) nukleotida, atau disebut dengan polinukleotida. Karena itu struktur penyusun utama dari DNA & RNA juga adalah nukleotida yang merupakan rantai panjang nukleotida. Ada beberapa aturan dalam menggandeng gandengkan nukleotida.

• Nukleotida satu dengan yang lain dihubungkan dengan ikatan antara fosfat pada karbon nomor 5', dengan gula pentosa pada karbon nomor 3'.
• Ikatan yang dibentuk antara fosfat dengan gula pentosa disebut dengan ikatan fosfodiester.
• Basa Nitrogen tetap diikat oleh gula pentosa pada karbon nomor 1'
• Rantai polinukleotida akan memanjang mengikuti fosfat dan gula, sepanjang jalur karbon no 5' dan 3', jadi jangan bingung jika anda melihat kode 5'-3' ketika membahas DNA atau RNA. Hal ini hanya menunjukkan arah dari gula pentosanya saja.

Gambar dua nukleotida yang berikatan (polinukleotida sederhana)

     Jika jumlah nukleotida yang digandeng panjang, maka akan membentuk rantai panjang polinukleotida. Jika hanya ada satu rantai saja yang terbentuk, maka itulah contoh bentuk dari apa yang kita sebut dengan RNA. Tetapi untuk membentuk DNA ada beberapa hal lagi yang harus dipenuhi.

Contoh rantai tunggal polinukleotida. Ini bukan contoh RNA karena pada gambar terdapat Basa Timin.

  Jika RNA hanya memiliki satu rantai polinukleotida saja, maka DNA memiliki dua rantai polinukleotida yang berhadap-hadapan pada sisi Basa Nitrogennya. Dua rantai yang berhadapan tersebut memiliki 'arah' yang berbeda. Misal jika salah satu rantai memiliki arah 5'-3', maka rantai di sebelahnya memiliki arah 3'-5, ini disebut dengan istilah antiparalel. Kedua rantai tersebut diikat menggunakan ikatan Hidrogen dari pasangan Basa Nitrogen yang saling berhadapan. Adenin selalu berpasangan dengan Timin, sedang Sitosin selalu berhadapan dengan Guanin. Jumlah ikatan Hidrogen Adenin dengan Timin adalah dua, sedang antara Guanin dan Sitosin ada tiga.

Rantai ganda polinukleotida, contohnya DNA. Perhatikan arah rantai gula pentosanya. Rantai atas dari 3'-5', dan rantai bawahnya dari 5'-3'.

PERBEDAAN DNA vs RNA
     Berikut ini list perbedaan antara DNA dengan RNA yang sering dibahas pada tingkatan menengah atas.

KROMOSOM

     Jika anda sudah pernah belajar mengenai Organel Sel ataupun Pembelahan, pasti mengenal istilah Kromosom. Kromosom merupakan data genetik yang ‘dibagi’ pada saat pembelahan dan membawa sifat induk ke sel anakan. Apa bedanya dengan Asam Nukleat? DNA? RNA? Nukleotida?

     Mari kembali ke bagian nukleotida. Nukleotida saling berkaitan dan membentuk rantai panjang polinukleotida. Dua buah rantai polinukleotida saling berikatan pada Basa Nitrogennya dan melilit membentuk Double Helix yang kita sebut dengan DNA. Rantai DNA ini sangat panjang dan ukurannya sangat tipis sehingga sulit dilihat walaupun menggunakan mikroskop.

     Sekarang anggaplah rantai DNA ini sebagai benang panjang. Benang ini, di beberapa titik, melilit dua macam protein yang disebut dengan Histon dan Non-Histon. Kompleks lilitan antara DNA, histon, dan non-histon ini disebut dengan nukleosom. Kembali ke anggapan semula dimana DNA dibayangkan sebagai benang, maka jika kita pilin benang DNA yang sudah terdapat histon dan non histon tersebut menjadi lebih padat (bayangkan seperti anda menggulung benang layangan di kaleng atau batang kayu), maka akan menjadi lilitan benang yang lebih tebal dan besar. Nah lilitan DNA yang tebal dan besar inilah yg bisa kita lihat mengunakan mikroskop pada saat pembelahan yang kita sebut dengan Kromosom. Jadi intinya, Kromosom hanyalah DNA dan protein (histon & non-histon) yang melilit menjadi tebal. DNA membentuk kromosom hanya pada saat akan terjadi proses pembelahan saja. Jika tidak dalam waktu pembelahan, DNA tetap dalam bentuk benang halus yang tidak terlilit yang kita sebut dengan istilah benang kromatin.

Berikut saya sertakan gambar hubungan antara DNA, Kromatin, dan Kromosom.

GEN, LOKUS, ALEL

     Lalu apa yang disebut dengan Gen? Gen adalah unit yang mewariskan sifat tertentu pada keturunannya. Satu Gen biasanya hanya mengatur satu sifat saja. Tetapi kadang ada satu sifat yang harus diatur oleh beberapa gen sekaligus. Gen terdapat pada kromosom, atau lebih tepatnya pada DNAnya.

     Jika anda menganggap bahwa Gen sepenuhnya berwujud fisik, maka pernyataan itu kurang tepat. Ingat! DNA hanya tersusun atas Gula, Basa Nitrogen, dan Fosfat. Zat-Zat tersebut tidak bisa membawa sifat apapun.

     Gen merupakan kode atau bahasa yang nantinya dapat diterjemahkan oleh tubuh untuk memunculkan sifat tertentu. Prinsip kerjanya mirip dengan sandi morse. Jika di sandi morse menggunakan titik dan garis, maka pada DNA menggunakan kombinasi Basa Nitrogen.

Contoh : kode ATTGSA memiliki arti hidung mancung, dan kode ATTGGS memiliki arti hidung pesek.

     Jadi, secara fisik Gen merupakan kombinasi dari urutan beberapa basa nitrogen yang memiliki arti dan diterjemahkan menjadi sifat tertentu.

Lokus adalah tempat atau posisi gen. DNA manusia terdiri dari jutaan Basa Nitrogen, jadi dalam 1 DNA bisa memuat banyak sekali gen. Kromosom yang disusun dari DNA juga jumlahnya banyak di dalam sel. Maka tiap gen memiliki tempat spesifik di kromosom atau DNA yang kita sebut dengan lokus.

     Perlu diketahui juga bahwa setiap individu normal memiliki sepasang gen dari kedua orang tua. Pasangan gen inillah yang kita sebut dengan istilah alel.

     Demikian dasar-dasar dari materi substansi genetik yang diperlukan untuk dipahami agar semakin mudah untuk melanjutkan ke bahasan-bahasan yang lebih kompleks seperti replikasi, transkripsi, dan translasi atau sintesis protein.

Selamat Belajar ^^

Labels: Biologi, XII

Thanks for reading Teori Materi Genetik Dasar, Asam Nukleat, DNA, RNA, Gen & Kromosom. Please share...!