DAFTAR ISI DAFTAR ISI ........................................................................................... .................................................................................................................................. ....................................... i I.
PENDAHULUAN PENDAHULUAN .............................................................. ................................................................................................................ .................................................. 1 A.
Latar Belakang ................................................................. .................................................................................................................. ................................................. 1
B.
Tujuan dan Kegunaan Praktikum ........................................................... ...................................................................................... ........................... 1
II.
TINJAUAN TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. PUSTAKA........................................................................................................ ........................... 2 A.
DNA ...................................................................... .................................................................................................................................. ............................................................ 2
B.
Fungsi DNA ......................................................... ...................................................................................................................... ............................................................. 5
C.
Struktur DNA ................................................................... .................................................................................................................... ................................................. 5
D.
Replikasi DNA ................................................................. .................................................................................................................. ................................................. 7
E.
Sintesis Protein................................................................. .................................................................................................................. ................................................. 7
III. METODOLOGI METODOLOGI PRAKTIKUM ................................................................... ........................................................................................... ........................ 9 A.
Waktu dan Tempat .......................................................... ............................................................................................................ .................................................. 9
B.
Alat dan Bahan ................................................................. .................................................................................................................. ................................................. 9
C.
Prosedur Kerja.................................................................. ................................................................................................................... ................................................. 9
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN PEMBAHASAN.................................................................. ........................................................................................... ......................... 11 A.
Hasil ...................................................................... ................................................................................................................................ .......................................................... 11
B.
Pembahasan Pembahasan .......................................................... ..................................................................................................................... ........................................................... 11
V.
PENUTUP................................................................. ........................................................................................................................... .......................................................... 15 A.
Kesimpulan .......................................................... ..................................................................................................................... ........................................................... 15
B.
Saran....................................................................................................... Saran.................................... ............................................................................................ ......................... 15
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................. ................................................................................................................. 16
i
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Asam nukleat adalah polinukleotida yang terdiri dari unit-unit mononukleotida, jika unit-unit
pembangunnya
dioksinukleotida
maka
asam
nukleat
itu
disebut
dioksiribonukleat (DNA) dan jika terdiri dari unit-unit mononukleotida disebut asam ribonukleat (RNA) (Eviana, 2013). Pada hampir semua organisme, Deoxyribonucleid acid (DNA) adalah materi genetiknya, kecuali pada beberapa bakteriophage, virus dan beberapa tanaman yang materi genetiknya berupa Ribonucleid acid (RNA). DNA memiliki bentuk helix ganda dari dua rantai antiparalel yang mempunyai sekuen nukleotida yang berkomplementer. Lokasi basa saling berhadapan pada kedua rantai, adenin hanya berpasangan dengan timin, guanin hanya dengan sitosin. Sedangkan bentuk alami RNA adalah serat tunggal yang memiliki sekuen basa yang komplementer dengan DNA, namun basa timin pada DNA diganti menjadi urasil pada RNA (Fujaya, 2005). Berdasarkan uraian di atas, maka dapat diketahui bahwa DNA sebagai tempat materi genetik dan RNA sebagai tempat sintesis protein. Maka dari itu praktikum membuat model DNA dilakukan untuk memudahkan manusia memahaminya. B. Tujuan dan Kegunaan Praktikum
Tujuan dari percobaan ini adalah mengenalkan bagaimana struktur DNA dan menentukan jenis asam amino yang dibentuk berdasarkan kode-kode dari basa nitrogen. Kegunaan dari percobaan ini adalah membantu para siswa untuk memahami struktur DNA dengan bantuan peraga model DNA yang telah dibuat.
1
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. DNA
Era penemuan materi genetik telah dibuka oleh F Miescher dengan menggunakan mikroskop sederhana, dia telah menetapkan bahwa bahan aktif yang ada di dalam nukleus disebut sebagai nuclein. Peneliti ini belum bisa menetapkan apakah nuclein ini kromosom ataukah DNA. Kromosom ditemukan pada awal abad ke 19 merupakan struktur seperti benang pada nukleus sel eukariot yang nampak pada saat sel mulai membelah. Kromosom berjumlah diploid pada setiap selnya dan pada autosomal maupun seks-kromosom membawa gen-gen yang berpasangan kecuali pada kromosom-Y (Fatchiyah dan Arumingtyas, 2006).
Gambar 1. Diagram skematik kromosom, gen dan struktur heliks DNA. (Fatchiyah dan Arumingtyas, 2006). Gen adalah unit heriditas suatu organisme hidup. Gen ini dikode dalam material genetik organisme yang kita kenal sebagai molekul DNA atau RNA pada beberapa virus dan ekspresinya dipengaruhi oleh lingkungan internal atau eksternal seperti perkembangan fisik atau perilaku dari organisme itu (Fatchiyah dan Arumingtyas, 2006). Molekul DNA membawa informasi hereditas dari sel dan komponen protein (molekul-molekul histon) dari kromosom mempunyai fungsi penting dalam pengemasan dan pengontrolan molekul DNA yang sangat panjang sehingga dapat muat didalam 2
nucleus dan mudah diakses ketika dibutuhkan. Selama reproduksi, Jumlah kromosom yang haploid dan material genetik DNA hanya separuh dari masing-masing parental dan disebut
sebgai
genom
(Fatchiyah dan Arumingtyas, 2006). Bukti lebih lanjut bahwa DNA merupakan materi genetik berasal dari laboratorium ahli biokimia Erwin Chargaff. Saat itu sudah diketahui bahwa DNA merupakan polimer dari nukleotida-nukleotida yang masing-masing terdiri atas tiga komponen : basa nitrogen (mengandung nitrogen), gula pentosa yang disebut deoksiribosa dan gugus fosfat. Basa nitrogen dapat berupa adenin (A), timin (T), guanin (G), dan sitosin (C). Chargaff menganalisis komposisi basa DNA dari beberapa organisme yang berbeda (Campbell dkk, 2008). Pada tahun 1950, ia melaporkan bahwa komposisi dasar DNA berbeda-beda dari satu spesies ke spesies lain. Misalnya, 30,3% nukleotida DNA manusia mengandung basa A, sedangkan DNA dari bakteri E. coli hanya mengandung 26,0% basa A. Bukti kenekaragaman molekular di antara spesies ini yang dahulu diduga tidak ada untuk DNA hal ini menjadikan DNA sebagai kandidat yang lebih sesuai untuk materi genetik (Campbell dkk, 2008). Chargaff menyadari keteraturan yang aneh pada rasio basa nukleotida dalam satu spesies. Dalam DNA masing-masing spesies yang diteliti, jumlah adenin kira-kira sama dengan jumlah timin, sedangkan jumlah guanin kira-kira sama dengan jumlah sitosin. Kesamaan antara jumlah basa A dengan basa T serta jumlah basa G dengan basa C dalam spesies apapun dikenal sebagai aturan Chargaff (Chargaff’s rules). Dasar dari aturan ini tetap tidak dapat dijelaskan hingga akhirnya heliks ganda ditemukan (Campbell dkk, 2008).
3
Ketika mengunjungi laboratorium Maurice Wilkins, Watson melihat suatu citra difraksi sinar-X terhadap DNA yang dihasilkan oleh kolega Wilkins yang handal, Rosalin Franklin (Campbell dkk, 2008).
Gambar 2. Foto difraksi sinar-X DNA buatan Franklin. (Campbell dkk, 2008) Citra-citra yang dihasilkan oleh kristalografi bukanlah gambar sungguhan dari molekul. Bercak dan sumir yang terlihat pada gambar 2 dihasilkan oleh sinar-X yang didifraksi (dibelokkan) saat melewati serat-serat berjejer DNA hasil purifikasi. Kristalografer menggunakan persamaan matematis untuk menerjemahkan pola-pola semacam itu menjadi informasi tentang bentuk tiga dimensi molekul, dan Watson tahu benar tipe-tipe pola yang dihasilkan oleh molekul heliks. Penelitian mendalam terhadap foto difraksi sinar-X DNA oleh Franklin tidak hanya membuat Watson mengethui bahwa DNA berbentuk heliks. Ia juga mampu memperkirakan lebar heliks dan jarak di antara basa-basa bernitrogen di sepanjang heliks tersebut. Lebar heliks menunjukkan bahwa heliks tampaknya tersusun atas dua untai, bertentangan dengan model tiga untai yang diajukan oleh Linus Pauling tak lama sebelum itu. Keberadaan dua untai itu melahirkan istilah yang kini akrab kiat sebut sebagai heliks ganda (double helix) (Campbell dkk, 2008).
4
Gambar 3. Heliks ganda pada DNA. (Campbel dkk, 2008) B. Fungsi DNA
Substansi dasar nukleus adalah nukleoprotein yang dibangun oleh senyawa protein dan asam nukleat. Asam nukleat yang berkaitan dengan hereditas adalah DNA dan RNA yang bertanggung jawab terhadap sintesis protein serta mengontrol sifat-sifat keturunan. Dengan demikian fungsi DNA yaitu (Sugiharto, 2005) : 1. Membawa informasi genetik 2. Mengontrol aktivitas baik langsung maupun tidak langsung 3. Berperan dalam proses sintesis protein 4. Membentuk RNA C. Struktur DNA
Ada tiga struktur DNA yang dikenal selama ini. Struktur-struktur DNA tersebut adalah sebagai berikut (Kusuma, 2010) : 1.
Struktur primer DNA tersusun dari monomer-monomer nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari satu
basa nitrogen berupa senyawa purin atau pirimidin, satu gula pentosa berupa 2’-deoksiD-ribosa dalam bentuk furanosa dan satu molekul fosfat. Penulisan urutan basa dimulai dari kiri yaitu ujung 5’ bebas (tidak terikat nukleotida lain) menuju ujung dengan gugus 3’ hidroksil bebas atau dengan arah 5’ 2.
3’.
Struktur sekunder 5
Salah satu sifat biokimia DNA yang menentukan fungsinya sebagai pembawa informasi genetik adalah komposisi basa penyusun. Pada tahun 1949-1953, Edwin Chargaff menggunakan metode kromatografi untuk pemisahan dan analisis kuantitatif keempat basa DNA yang diisolasi dari berbagai organisme. Kesimpulan yang diambil dari data yang terkumpul adalah : a. Komposisi basa DNA bervariasi antara spesies yang satu dengan spesies yang lain. b. Sampel DNA yang diisolasi dari berbagai jaringan pada spesies yang sama mempunyai komposisi basa yang sama. c. Komposisi DNA pada suatu spesies tidak berubah oleh perubahan usia, keadaan nutrisi maupun perubahan lingkungan. d. Hampir semua DNA yang diteliti mempunyai jumlah residu adenin yang sama dengan jumlah residu timin (A=T) dan jumlah residu guanin yang sama dengan jumlah residu sitosin (G=C) maka A+G = C+T yang disebut aturan Charrgaff. e. DNA yang diekstraksi dari spesies-spesies dengan hubungan kekerabatan yang dekat mempunyai komposisi basa yang hampir sama. 3.
Struktur tersier Kebanyakan DNA virus dan DNA mitokondria merupakan molekul lingkar.
Konformasi ini terjadi karena kedua untai polinukleotida membentuk struktur tertutup yang tidak berujung. Molekul DNA lingkar tertutup yang diisolasi dari bakteri, virus dan mitokondria seringkali berbentuk superkoil, selain itu DNA dapat berbentuk molekul linier dengan ujung-ujung rantai yang bebas.
Gambar 4. Struktur tersier (a). konformasi DNA sirkular (b). konformasi DNA linear (Kusuma, 2010).
6
D. Replikasi DNA
Ada tiga jenis replikasi dari DNA (Campbel dkk, 2008) : 1. Model konservatif Kedua unti induk menyatu lagi seteleha bertindak sebagai cetakan untuk untai-untai baru sehingga mengembalikan heliks ganda induk. 2. Model semikonsevartif Kedua induk molekul memisah dan masing-masing berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis untai baru komplementer. 3. Model dispersif Setiap untai pada kedua molekul anakan mengandung campuran DNA sintesis yang lama dan baru. E. Sintesis Protein
Sintesis protein terjadi melalui dua tahap utama, yaitu transkripsi dan translasi. Transkripsi merupakan proses penyalinan kode genetik dari DNA oleh mRNA, sedangkan translasi merupakan penerjemahan kode genetik pada mRNA oleh tRNA (Kusuma, 2010). Sintesis protein merupakan proses yang rumit dan memiliki pengaturan yang sangat kompleks serta berlangsung dalam kecepatan yang tinggi. Meskipun demikian, secara ringkas tahap-tahap dalam sintesis protein dapat dijelaskan sebagai berikut (Kusuma, 2010) : a.
Kode genetik yang dibawa DNA akan disalin melalui proses transkripsi untuk menghasilkan mRNA. Utas DNA yang ditranskripsi adalah utas sense atau kodogen. mRNA yang dihasilkan kemudian akan menuju sitoplasma dan bergabung dengan ribosom.
7
b.
Asam-asam amino yang ada di sitoplasma akan diaktifkan oleh ATP dan akan terikat dengan tRNA. Setiap tRNA hanya mengikat asam amino yang spesifik.
c.
tRNA yang telah membawa asam amino akan menuju ribosom. Antikodon pada tRNA akan berpasangan dengan kode triplet atau kodon yang dibawa oeh mRNA. Kodon pertama untuk dimulainya translasi ini adalah AUG yang memberi sinyal pada peralatan penyintesis protein untuk mentranslasi mRNA di tempat itu. Karena AUG mengkode asam amino metionin maka sentesis rantai polipeptida juga dimulai dengan metionin. tRNA ini akan memberika asam aminonya pada bagian ribosom dan tRNA akan dilepas ke sitoplasma untuk mengangkut asam amino lainnya.
d.
tRNA berikutnya, yang telah membawa asam amino, juga akan menuju ribosom sesuai urutan kodon pada mRNA. tRNA ini juga akanmemberikan asam aminonya dan bergabung dengan asam amino pertama tadi. Begitu seterusnya sehingga akan terbentuk rantai panjang asam amino yang disebut polipeptida. Rantai polipeptida ini pajangnya dapat mencapai ratusan sampai ribuan asam amino.
e.
Pemanjangan rantai asam amino akan berhenti jika te lah sampai pada kodon stop, yaitu UAA, UAG, atau UGA. Ketiganya merupakan kodon terminal, yaitu kodon yang tidak berkepentingan dengan asam amino, tetapi mengakhiri pembentukan rantai suatu polipeptida.
8
III. METODOLOGI PRAKTIKUM
A. Waktu dan Tempat
Praktikum membuat model DNA dilakukan pada Kamis, 25 Oktober 2017 pukul 16.00 WITA. Adapun tempat pelaksanaannya di rumah kediaman Alidin, Kec. Bolo Kab. Bima desa Rasabou. B. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada praktikum ini adalah: 1.
Gunting
2.
Penggaris
3.
Cutter
4.
Paku
5.
Pensil
Adapun bahan yang digunakan adalah 1.
Lem kertas dan lem serbaguna.
2.
Kertas karton,
3.
Kertas HVS ukuran F4 (putih, biru, hijau, merah dan kuning)
C. Prosedur Kerja
1. Menyiapkan alat dan bahan. 2. Menentukan jenis asam amino esensial, di isini kami menggunakan warna biru sebagai sitosin (C), hijau sebagai guanin (G), merah sebagai adenin (A) dan kunging sebagai timin (T).
9
3. Megukur kertas HVS berwarna masing masing dengan lebar 3 cm. Dan memotongnya seperti gambar disamping
4. Melakukan hal yang sama seperti langkah ke 3 tetapi dengan ukuran 8 cm dan membagi panjang kertas hvs tersebut menjadi tiga bagian. 5. Menggulung kertas hvs putih sehingga diameter akhir gulungan tersebut sekitar 4 mm. Dan merekatkannya dengan menggunakan lem. 6. Melapisi gulungan kertas putih dengan gulungan
kertas
berwarna
spt
yang
ditunjukan gambar di samping. Kami membuatnya masing masing 12 buah.
7. Mengukur kertas karton dengan lebar 2 cm dan panjang 50 cm dan mengguningnya. 8. Melubangi kertas karton dengan paku dengan jarak antar lubangnya yaitu 2 cm. 9. Merangkai susunan DNA seperti tangga, dan mengunci sisa gulungan kertas putih tesebut dengan menggulungya lagi dengan kertas putih yang lain. Kertas putih ini kami nyatakan sebagai gula pada rangkaian DNA tersebut, sedangkan kertas karton adalah fosfatnya. 10. setelah semuannya telah selesai di pasang dengan pola yang tepat, kemudian kami sedikit memutar rangkaian tersebut hingga menyerupai DNA.
10
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
Hasil yang diperoleh dari praktikum model DNA yang kami buat sebagai berikut :
Gambar 5. Model DNA yang dibuat B. Pembahasan
1. Perbedaan DNA dan RNA Dalam melakukan sintesis protein terdapat dua molekul yang bekerja, yaitu DNA dan RNA. Adapun perbedaan dari kedua molekul tersebut sebagai berikut : Tabel 1. Perbedaan DNA dan RNA (Eviana, 2013). No.
Objek
DNA
RNA Inti sel, sitoplasma, dan
1.
Letak
Inti sel ribosom Pita spiral ganda (double Pita
2.
( singel
Bentuk helix)
3.
tunggal
Komponen gula
helix) Deoksiribosa
Ribosa 11
4.
Ukuran
Sangat panjang
Pendek Purin : Adenin, Guanin.
Purin : Adenin, Guanin. 5.
Basa nitrogen
Pirimidin : Urasil, Pirimidin : Timin, Sitosin. Sitosin. Berubah-ubah menurut Tidak
6.
dipengaruhi
oleh
Kadar
kecepatan
sintesis
kecepatan sintesis protein protein Mengendalikan 7.
Fungsi
keturunan
dan
faktor sintesis
Sintesis protein
protein
2. Sintesis Protein Proses sintesis protein terbagi menjadi dua tahap, yaitu transkripsi dan translasi. a. Transkripsi Proses ini terjadi di sitoplasma di awali dengan melekatnya enzim RNA Polimerse pada untaian ganda DNA sehingga ke dua untaian DNA akan terlepas dan saling memisah. Rantai yang akan di transkripsi adalah r antai yang berada di sebelah kanan di sebut rantai sense dan rantai yang tidak di transkripsi atau rantai di sebelah kiri disebut rantai anti sense. RNA polimerase akan men yusun untaian nukleotida-nukleotida RNA lalu RNA akan mengalami pertambahan panjang seiring dengan pembentukan pasangan basa nitrogen DNA. Pada RNA, basa pirimidin timin akan di ganti oleh basa pirimidin urasil sehingga basa purin adenin akan berpasangan dengan basa pirimidin urasil dan basa purin guanin tetap akan berpasangan dengan basa pirimidin cytocin. Setelah itu, untaian DNA yang terpisah tadi akan kembali seperti semula dan enzim RNA polymerase akan
12
terlepas lalu terbentuklah mRNA yang membawa pesan atau kode genetik. Setiap tiga urutan basa nitrogen pada nukleotida mRNA di sebut dengan kodon. Misalnya (Fatchiyah dan Arumingtyas, 2006) : TAC GTG TGT TTT ATT
rantai sense DNA
AUG CAC ACA AAA UAA
mRNA
b. Translasi mRNA yang membawa kode genetik atau kodon akan masuk ke dalam ribosom. Lalu molekul-molekul tRNA akan mengikat dan membawa kode asam amino ke dalam ribosom. Ujung tRNA mngandung anti kodon berupa triplet basa nitrogen, sedangkan ujung yang lain membawa satu jenis asam amino dari sitoplasma. Asam amino tersebut akan diaktifkan oleh tRNA dengan memasangkan
kodon
dengan
anti
kodon
(Fatchiyah dan Arumingtyas, 2006). Tahap penerjemahan kodon satu demi satu sehingga dihasilkan asam-asam amino. Asam-asam amino yang telah terbentuk di hubungkan dengan ikatan peptida membentuk polipeptida. Tahap penerjemahan akan berakhir ketika antikodon tRNA bepasangan dengan kodon stop yang di bawa oleh mRNA. Dengan demikian, rantai polipeptida tersebut akan membentuk protein. Misalnya (Fatchiyah dan Arumingtyas, 2006) : AUG CAC ACA AAA UAA
mRNA
13
3. Tabel Asam Amino Tabel 2. Tabel Asam Amino
Asam Amino Alanin Arginin Asparagin Asam aspartat Sistein
K odon GCU, GCC, GCA, GCG CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG AAU, AAC GAU, GAC UGU, UGC
Asam amino
Kodon
Leusin
UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG AAA, AAG
Lisin Metionin Fenilalanin Prolin
Glutamin
CAA, CAG
Serin
Asam glutamat Glycine
GAA, GAG
Treonin
Histidin Isoleusin
Start
GGU, GGC, GGA, GGG CAU, CAC AUU, AUC, AUA AUG, GUG
Trpytophan Tirosin Valin
Stop
AUG UUU, UUC CCU, CCC, CCA, CCG UCU, UCC, UCA, UCG, AGU,AGC ACU, ACC, ACA, ACG UGG UAU, UAC UAU, UAC GUU, GUC, UAG, UGA, UAA
14
V. PENUTUP
A. Kesimpulan
Kromosom tersusun dari DNA dan protein. DNA merupakan molekul yang menyimpan informasi genetik (genom). Genom DNA tersusun atas gen gen. Dengan kata lain gen adalah fragmen DNA di dalam kromosom. Ekspresi gen merupakan proses di mana informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein. Pada sintesis protein untuk menghasilkan ekspresi gen tertentu melalui serangkaian proses yang sangat kompleks terbagi atas proses transkripsi dan translasi. Proses sintesis protein dimulai dari AUG yang mengkode asam amino metionin, CAC yang mengkode asam amino histidin, ACA yang mengkode asam amino treonin, AAA yang mengkode asam amino lisin, dan akhir dari sintesis protein yaitu kodon stop UAA. B. Saran
Ketika menjalani praktikum ada baiknya ditunjang dengan peralatan praktikum yang memadai agar praktikum lebih memahami kegiatan praktikum. Selain itu pada saat praktikum sebaiknya dilakukan di sekolah diluar jam pelajaran dan diawasi oleh guru pembimbing saat melakukan melakukan praktik.
15
DAFTAR PUSTAKA
Campbel, N. A., J. B. Reece, L. A. Urry, M. I. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, R. B. Jackson. 2008. Biologi Edisi Kedelapan Jilid 1. Penerbit Erlangga. Jakarta. Eviana, N. 2013. Perbedaan DNA dan RNA. Online pada (https://www.academia.edu). Diakses pada Jumat, 25 September 2015 pukul 20.00 WITA di Makassar. Fatchiyah, E. L. Arumingtyas. 2006. Kromosom, Gen, DNA, Sintesis Protein, dan Regulasi. Online pada (http://fatchiyah.lecture.ub.ac.id). Diakses pada Sabtu, 26 September 2015 pukul 17.04 WITA di Makassar. Fujaya, Y. 2005. Genetika dan Pengembangbiakan Ikan. Universitas Hasanuddin. Makassar. Kusuma, S. A. F. 2010. PCR ( Polymerase Chain Reaction). Online pada (https://www.google.co.id/ pustaka.unpad.ac.id). Diakses pada Minggu, 27 September 2015 pukul 06.00 WITA di Makassar. Sugiharto, B. 2005. Kromosom Manusia. Online pada (https://www.google.co.id.bowo.staff.fkip.uns.ac.id). Diakses pada Sabtu, 26 September 2015 pukul 06.00 WITA di Makassar.
16
