makalah biologi tentang genetika

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Sebenarnya sejak dahulu kala orang mengetahui bahwa kebanyakan anak mirip dengan orang tuanya, baik wajahnya, tingkah lakunya maupun kesukaannya. Orang Belanda mengenal pepatah yang sangat terkenal “De Appel valt niet ver van de boom” (artinya : buah apel jatuh, tidak jauh dari pohonnya). Orang yang berbahasa Inggris pun mengenal pepatah semacam itu, yaitu “Like father like son”. Bangsa kita pun tidak ketinggalan dengan pepatah serupa yang berbunyi “Air cucuran jatuh ke pelimbahan juga”.

Namun demikian kita masih sering mendengar ucapan atau anggapan keliru, seolah-olah sifat seseorang itu ada hubungannya dengan keturunan. Misalnya seorang ayah yang pekerjaannya sehari-hari menempa besi sehingga lengannya berotot kuat tentu akan mempunyai anak laki-laki yang berotot kuat pula seperti ayahnya. Dan masih banyak contoh lainnya.

Genetika tergolong dalam ilmu hayat yang mempelajari turun temurunnya sifat-sifat induk kepada keturunannya.

1.2  Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah diuraikan, dapat dirumuskan masalah-masalah yang akan dibahas pada makalah ini. Masalah yang dimaksud adalah sebagai berikut:

a.       Apakah yang di maksud dengan meosis dan siklus hidup seksual ?

b.      Jelaskan ide tentang gen dan hukum Mendel !

c.       Jelaskan dasar kromosom penurunan sifat !

d.      Jelaskan dasar molekuler penurunan sifat !

e.       Jelaskan model mikroba !

1.3  Tujuan

Adapun tujuan dalam penulisan makalah ini adalah sebagai berikut:

a.       Untuk mengetahui tentang meosis dan siklus hidup seksual

b.      Untuk mengetahui ide tentang gen dan hukum mendel

c.       Untuk mengetahui dasar penurunan sifat

d.      Untuk mengetahui model mikroba

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Meiosis dan Siklus Hidup Seksual

Mengenal Hereditas

a.       Keturunan mendapatkan gen dari orangtua melalui pewarisan kromosom.

Genetika adalah kajian mengenai hereditas dan variasi berdasarkan gen. Gen adalah segmen-segmen DNA. Setiap gen di dalam DNA suatu organisme memiliki lokus tersendiri pada suatu kromosom.

Penurunan sifat-sifat herediter memiliki basis molekuler yaitu replikasi persis dari DNA, dan menghasilkan salinan-salinan gn yang dapat diteruskan dari orangtua ke keturunannya. Pada hewan dan tumbuhan, pengiriman gen dari suatu generasi ke generasi selanjutnya ini dilakukan oleh sperma dan ovum (telur yang belum dibuahi). Setelah sel sperma bersatu dengn ovum (sel telur tunggal) maka gen dari kedua orangtuanya hadir di dalam nukleus dari telur yang telah dibuahi tersebut.

b.      Sejenis menghasilkan sejenis, kurang lebih: suatu perbandingan antara reproduksi aseksual dan seksual.

Pada reproduksi aseksual, suatu orangtua menghasilkan keturunan dengan sifat genetik yang identik lewat proses mitosis. Suatu individu yang bereproduksi secara aseksual menghasilkan apa yang disebut sebagai klon (clone), kelompok dari individu yang identik secara genetik. Dibandingkan dengan reproduksi aseksual, reproduksi seksual biasanya mengkombinasi gen-gen yang berasal dari orangtua yang berbeda untuk menghasilkan keturunan dengan sifat genetik yang berbeda-beda. Keturunan hasil reproduksi seksual memiliki variasi genetik yang berbeda dengan saudara kandung dan kedua orangtuanya. 

Peranan Meiosis dalam Siklus Hidup Seksual

a.       Fertilisasi dan meiosis terjadi berantian dalam siklus hidup seksual.

Sel somatik menusia normal memiliki 46 kromosom, setengahnya berasal dari setiap orangtua. Masing-masing dari ke-22 autosom maternal memiliki satu kromosom paternal yang homolog. Pasangan ke-23 kromosom seks, menentukan apakah seseorang itu perempuan (XX) atau laki-laki (XY). Set-set kromosom haploid (n) tunggal di dalam ovum dan sperma akan bersatu selama proses fertilisasi membentuk sebuah zigot bersel-tunggal diploid (2n), yang kemudian tumbuh menjadi organisme multiseluler lewat proses mitosis. Sesudah mencapai kematangan seksual, ovarium dan testes (gonad) membentuk gamet-gamet haploid dengan melakukan proses meiosis. Siklus hidup seksual memiliki waktu meiosis yang berbeda dengan waktu meiosis fertilisasi. Organisme multiseluler bisa saja diploid (seperti pada hewan), atau haploid (seperti pada sebagian besar fungi), atau bisa berganti-ganti antara haploid dan diploid (seperti pada tumbuhan).

b.      Meiosis mengurangi jumlah kromosom dari diploid menjadi haploid

Kedua pembelahan sel pada meiosis, meiosis I dan maiosis II, menghasilkan empat sel anak haploid, masing-masing hanya mempunyai setengah dari jumlah kromosom sel induk. Meiosis dibedakan dari mitosis berdasarkan peristiwa pada meiosis I. Pada profase I, kromosom homolog yang sudah direplikasi, setiap kromosom dengan dua kromatid, mengalami sinapsis. Kromatid-kromatid bukan saudara akan berpindah silang, saling bertukar segmen (tempat pindah silang tampak sebagai kiasmata). Kromosom yang berpasangan (tetrad) barbaris pada pelat metafase, dan pada anafase I kedua kromosom dari setiap pasangan homolog (bukan kromatid saudara) akan bergerak ke kutub yang terpisah. Sel kemudian membelah diri, dengan setengah dari kromosom-kromosomnya bergerak menuju setiap sel anak. Meiosis II memisahkan kromatid saudara, menghasilkan empat sel anak yang haploid.

Meiosis I

Pemisahan kromosom homolog

Meiosis II

Pemisahan kromatid saudara

Menbandingkan Mitosis dan Meiosis

Ringkasan
Kejadian	Mitosis	Meiosis
Replikasi DNA	Terjadi selama interfase sebelum pembelahan nukleus dimulai.	Terjadi sekali, selama interfase sebelum meiosis I dimulai.
Jumlah pembelahan	Satu, meliputi profase, metafase, anafase, dan telofase.	Dua, masing-masing termasuk profase, metafase, anafase, dan telofase.
Sinapsis kromosom homolog	Tidak terjadi.	Sinapsis adalah keunikan meiosis: selama profase I, kromosom homolog bergabung sepanjang tubuhnya, membentuk tetrad (kelompok empat kromatid), sinapsis dihubungkan dengan pindah silang antara kromatid bukan saudara.
Jumlah sel anak dan komposisi genetik	Dua, masing-masing diploid (2n) dan secara genetik identik dengan sel induk.	Empat, masing-masing haploid (n), mengandung separuh dari jumlah kromosom sel induk, secara genetik tidak identik dengan sel induk dan dengan satu sama lainnya.
Peran dalam tubuh hewan	Menjadikan organisme dewasa multiseluler berkembang dari zigot, menghasilkan sel untuk pertumbuhan dan perbaikan jaringan.	Menghasilkan gamet, mengurangi jumlah kromosom sebanyak separuhnya dan memperkenalkan variabilitas genetik diantara gamet.

Membandingkan Mitosis dan Meiosis

Perbedaan utama antara mitosis dan meiosis adalah jumlah kromosom dikurangi setengahnya dalam meiosis namun tidak demikian halnya pada mitosis. Perbedaan ini mengandung konsekuensi genetik yang sangat penting. Apabila mitosis menghasilkan sel anak yang identik secara genetik dengan sel induk dan dengan sel anak lainnya, maka sebaliknya meiosis menghasilkan sel yang berbeda secara genetik dari sel induknya dari sel yang lain.

Perbandingan tahap-tahap utama mitosis dan meiosis yaitu, meiosis melibatkan dua pembelahan sel, tiga peristiwa penting yang merupakan ciri khas meiosis semuanya terjadi selama pembelahan pertama, yaitu meiosis I:

1.      Selama profase I meiosis, kromosom yang telah diduplikasi berpasangan dengan homolognya, proses ini dinamakan sinapsis. Keempat kromatid dari pasangan homolog yang berhubungan dekat dapat diamati pada mikroskop cahaya sebagai tetrad. Yang juga terlihat di mikroskop cahaya adalah daerah berbetuk X yang dinamakan kiasmata (tunggal, kiasma). Daerah ini memperlihatkan suatu persilangan antara kromatid-kromatid bukan saudara, yaitu dua kromatid yang berasal dari dua kromosom yang terpisah tetapi homolog. Kiasmata adalah manifestasi fisis dari penyusunan ulang genetik yang dinamakan pindah silang (crossing over). Baik pembentukan sinapsis maupun kiasma tidak terjadi selama mitosis.

2.      Pada metafase I meiosis, pasangan kromosom homolog, bukan kromosom individual, berjejer pada pelat metafase.

3.      Pada anafase I meiosis, kromatid saudara tidak terpisah, seperti yang terjadi pada mitosis. Sebaliknya, kedua kromatid saudara dari masing-masing kromosom tetap melekat dan berpindah ke kutub sel sama dari sel tersebut. Meiosis I memisahkan pasangan kromosom homolog, bukan kromatid saudara dari kromosom individual.

Sumber Variasi Genetik

a.       Siklus hidup seksual menghasilkan variasi genetik pada keturunan

Peristiwa reproduksi seksual yang menghasilkan variasi genetik adalah pemilahan independen dari kromosom-kromosom selama meiosis I, pindah silang antara kromosom homolog selama profase maiosis I, dan fertilisasi random ovum-ovum oleh sperma. Ketiga mekanisme ini mengubah susunan variasi gen yang dibawa oleh setiap anggota suatu populasi.

b.      Adaptasi evolusioner bergantung pada variasi genetik populasi

Variasi genetik diantara anggota-anggota suatu populasi adalah bahan baku yang memungkinkan terjadinya evolusi lewat seleksi alamiah. Reproduksi seksual dan mutasi adalah penyebab terjadinya variasi ini.

2.2 Mendel dan Ide tentang Gen

Mendel melakukan pendekatan eksperimental dan kuantitatif untuk genetika: sains sebagai proses. Mendel melakukan eksperimen persilangan tanaman kacang ercis (Pisum sativum). Berdasarkan eksperimen Mendel menyusun suatu rumusan tentang hereditas. Mendel memilih untuk bekerja dengan kacang ercis karena memenuhi beberapa syarat yang digunakan untuk eksperimen genetika. Contohnya, tanaman kacang ercis mempunyai sejumlah ciri berbeda yang dapat dipelajari, mampu mengadakan pembuahan sendiri, mempunyai struktur bunga yang membatasi kontak secara kebetulan, keturunan yang dihasilkan dari pembuahan sendiri bersifat fertil. Dan memiliki banyak varietas. Ahli genetika menggunakan istilah karakter untuk menjelaskan sifat yang dapat diturunkan, seperti warna bunga, yang terdapat pada individu. Setiap varian dari suatu karakter, seperti  warna bunga ungu dan putih pada bunga, dinamakan sifat (trait).

Dalam sebuah percobaan pengembangbiakan yang biasa dilakukan, Mendel biasanya akan melakukan penyerbukan silang terhadap dua varietas ercis galur murni yang kontras, contohnya tanaman berbunga ungu dan tanaman berbunga putih. Hibridisasi adalah perkawinan atau penyilangan dua varietas. Penyilangan monohibrid adalah persilangan yang melibatkan hanya satu sifat saja. Pertama kali Mendel mempelajari pewarisan sifat pada bentuk biji. Induk galur murni ditandai sebagai  generasi P₁ (parental pertama) atau generasi tetua. Hasil persilangan (hibridisasi) antarparental disebut hibrid dan diberi label generasi F₁ (filial pertama). Biji generasi F₁ ditumbuhkan  dan akhirnya menjadi tanaman F₁. Selanjutnya, tanaman generasi F₁ melakukan penyerbukan sendiri dan menghasilkan biji generasi F₂. Generasi F₂ biasanya diberi label F₂ (filial kedua atau hasil persilangan sesama generasi F₁). Tanda “x” melambangkan penyilangan genetik atau perkawinan.

a.      Berdasarkan hukum segregasi, kedua alel untuk suatu karakter dikemas ke dalam gamet yang terpisah.

Percobaan Mendel yang menginterprestasikan mengenai pewarisan sifat warna bunga pada tanaman kacang ercis. Setiap sifat pada tanaman kacang dikontrol dengan dua alel. Alel merupakan varian dari gen tersebut. Alel dominan biasanya ditulis dengan huruf besar (P). Sedangkan, alel yang bersifat resesif biasanya ditulis dengan huruf kecil (p). Pada percobaan Mendel dijumpai dua sifat utama, yaitu sifat dominan dan sifat resesif. Sifat dominan merupakan sifat yang menutupi sifat yang lain, sedangkan sifat resesif merupakan sifat yang ditutup atau dikalahkan oleh sifat dominan. Sifat resesif akan muncul ketika sifat dominan tidak ada. Ada tujuh sifat yang dipelajari Mendel dalm eksperimennya.  Ketujuh sifat tersebut muncul dalam bentuk yang berlainan dan mudah dikenali, yaitu sebagai berikut:

1.      Bentuk biji : bulat atau keriput.

2.      Warna kulit biji: hijau atau kuning.

3.      Warna bunga: ungu atau putih.

4.      Warna polong: hijau atau kuning.

5.      Bentuk polong: mengerut atau mengembang.

6.      Letak bunga: terminal atau aksial.

7.      Tinggi tanaman: tinggi atau pendek.

Tanaman-tanaman pada percobaan mendel menunjukkan kasus dominan penuh karena ciri yang tampak pada keturunanyatidak ditemukan sifat antara (pertengahan). Berdasarkan hasil percobaan tersebut, Mendel membuat suatu hipotesis, yaitu sebagai berikut:

1.      Terdapat hubungan dominan-resesif antarfaktor penentu sifat(prinsip dominasi).

2.      Faktor-faktor hereditas terpisah saat pembentukan gamet dan setiap gamet hanya membawa satu salinan dari setiap factor.

3.      Penggabungan gamet terjadi secara acak.

Berdasarkan hipotesis di atas, muncullah Hukum Mendel I yang dikenal dengan hukum segregasi. Hukum segregasi menyatakan bahwa selama pembentukan gamet terjadi proses segregasi atau pemisahan factor-faktor pembawa sifat secara bebas. Akibatnya, setiap gamet hanya mengandung satu faktor untuk setiap sifat. Berikut adalah contoh persilangan monohibrid dan segregasi. Percobaan Mendel dengan persilangan monohibrid dan segregasi.

Parental           TT (Tinggi)      X         tt (pendek)

                                                                       

                        Gen bersegregasi                                                                                             selama meiosis            meiosis

                                                                       

                        Gamet             T          T                      t           t

                                                                       

Generasi  F₁                                      Tt         X         Tt                                                                                             tinggi               tinggi

                                                                                                   

                                                                    Meiosis                meiosis                                                                                    ( 2 alel bersegregasi )    

                                                                                                    

                        Gamet                                              T        t              T        t

                        Generasi F2                 TT , Tt , Tt, tt

                        Rasio                           3 Tinggi : 1 Pendek

            Diagram Punnet merupakan suatu metode untuk menggambarkan bentuk persilangan genetika. Diagram Punnet berbentuk segi empat (papan catur). Contoh diagram punnet:

            Generasi F₁                  Tt                     X                     Tt

                                                Tt

Gamet	T	t
T	TT	Tt
T	Tt	tt

                                                                                                       Perbandingan  fenotipe generasi F₂ = 3 tinggi : 1 pendek

Beberapa perbendaharaan istilah genetika:

1.      Alel dominan, yaitu alel yang terekspresikan pada individu heterozigot.

2.      Alel resesif, yaitu alel yang tidak terekspresikan pada individu heterozigot.

3.      Homozigot , yaitu setiap organisme memiliki sepasang alel identik untuk sebuah karakter. Contohnya : PP.

4.      Heterozigot, yaitu organisme yang mempunyai alel berbeda untuk sebuah gen. Contohnya : Pp.

5.      Fenotipe , yaitu ciri penampakkan luar makhluk hidup, contohnya tanaman yang bergenotif TT dan Tt mempunyai fenotipe  tinggi, sedangkan yang bergenotif  tt mempunyai fenotipe  pendek. Selain tanaman fenotif  berlaku sifat yang lain, seperti warna bunga, dan bentuk biji.

6.      Genotipe , yaitu susunan alel atau gen yang mengendalikan penampakkan luar makhluk hidup. Contohnya , genotipe untuk tinggi tanaman adalah TT,Tt,dan tt. Genotipe TT disebut homozigot dominan, sedangkan genotipe tt disebut homozigit resesif, dan genotipe  Tt disebut heterozigot.

b.      Testcross

Testcross merupakan persilangan suatu individu yang genotipenya tidak diketahui dengan individu bergenotipe homozigot resesif. Untuk menguji hipotesis tentang segregasi alel bahwa F₁ merupakan heterozigot, Mendel menyilangkan generasi F₁ dengan tanaman resesif homozigot (pendek). Dia beralaskan bahwa setengah keturunan (F₂) seharusnya tinggi dan setengahnya pendek sehingga menghasilkan perbandingan fenotipe 1 : 1. Hasil tes tersebut ternyata mendukung hokum segregasi Mendel. Berikut salah satu contoh testcross.

Fenotipe dominan,                  X                     fenotipe resesif,     genotipe tidak diketahui,                          genotipe diketahui tt TT atau Tt

                                               

Jika      TT        X         tt                                  Tt         X         tt

           

Gamet  T                     t                                  t          t           t 

                       

Genotipe :       Tt                            Genotipe   Tt                    tt

Fenotipe :        semua tinggi   Rasio fenotipe  1 tinggi : 1 pendek

Jadi , genotipe F₁ adalah Tt.

c.       Berdasarkan hukum pemilahan independen, tiap-tiap pasangan alel akan memisah ke dalam gamet secara independen.

Mendel melakukan pengujian dua hipotesis untuk segregasi dalam sebuah penyilangan dihibrid.

a.       Hipotesis: pemilahan dependen

Generasi P :           YYRR             X         yyrr

                                   

                             

Gamet                      YR               x             yr

                                         

 

Generasi F₁                             YyRr         

                             

                              Ovum                          sperma

Generasi P₂            YyRr               X         YyRr 

Gamet

Persilangan Dihibrid

Persilangan dihibrid adalah persilangan antara dua individu sejenis yang melibatkan dua sifat beda, misalnya persilangan antara tanaman ercis berbiji bulat dan berwarna hijau dengan tanaman ercis berbiji kisut dan berwarna cokelat; padi berumur pendek dan berbulir sedikit dengan padi berumur panjang dan berbulir banyak. Mendel juga meneliti persilangan dihibrid pada kacang kapri. Mendel menyilangkan kacang kapri berbiji bulat dan berwarna kuning dengan tanaman kacang kapri berbiji kisut dan berwarna hijau. Ternyata semua F1, nya berbiji bulat dan berwarna kuning. Berarti biji bulat dan warna kuning merupakan sifat dominan. Selanjutnya. semua tanaman F, dibiarkan menyerbuk sendiri. Ternyata pada F2 dihasilkan 315 tanaman berbiji bulat dan berwarna kuning. 108 tanaman berbiji bulat dan berwarna hijau. 106 tanaman berbiji kisut dan berwarna kuning, serta 32 tanaman berbiji kisut dan berwarna hijau. Hasil penelitiannya mengehasilkan hukum Mendel II atau hukum asortasi atau hukum pengelompokan gen seceru bebas. Hukum ini menyatakan bahwa gen-gen dari kedua induk akan mengumpul dalam zigot, tetapi kemudian akan memisah lagi ke dalam gamet-gantet secara bebas.

2.3 Dasar Kromosom Penurunan Sifat

Penurunan sifat mendellian memilliki dasar fisis perilaku kromosom selama siklus kehidupan seksual.

Pada tahun 1900-an para ahli genetika menunjukkan bahwa gerakan gerakan kromosom dalam meiosis bertanggung jawab atas hukum mendel. Sebagai contoh, kromosom dan jeduanya hadir dalam bentuk pasangan dalam sel diploid. Kromosom-kromosom homolog berpisah dan alel-alel bersegregasi selama meiosis dan fertilisasi memulihkan kembali kondisi berpasangan ini baik untuk kromosom maupun untuk gen. Menurut teori tersebut, gen-gen”mendel” mempunyai lokus-lokus pada kromosom dan kromosomlah yang mengalami segregasi.

Morgan melacak gen pada sebuah kromosom khusus

Thomas hunt morgan seorang ahli embriologi pada kolumbia university adalah orang pertama yang menghubungkan suatu gen tertentu dengan kromosom khusus. Gen terpaut seks adalah gen-gen yang berada pada kromosom seks. Bukti-bukti morgan bahwa suatu gen tertentu berada kromosm seks semakin memperkuat teori kromosom mengenai penurunan sifat.

Gen-gen terpaut cenderung diwarisi bersama karena gen-gen tersebut berada pada kromosom yang sama.

Jumlah gen didalam suatu sel jauh lebih banyak daripada jumlah kromosom bahkan kromosom memiliki ratusan bahkan ribuan gen. Gen gen yang berada dalam kromoson yang sama cenderung diwarisi bersama.pada penyilangan genetik karena kromosom tersebut diteruskan sebagai satu unit. Gen tersebut dinamakan gen terpaut.

Pemilahan independent kromosom kromosom yang pndah silang menghasilkan rekombinan rekombinan genetik. Meiosis dan fertilisasi acak menghasilkan variasi genetik. Diantara keturunan organisme yang bereproduksi secara seksual. Istilah umum untuk pembentukan keturunan dengan kombinasi baru sifat yang diwarisi dua induk adalah rekombinasi genetik.

Kromosom adalah struktur benang dalam inti sel yang bertanggung jawab dalam hal sifat keturunan (hereditas). Kromosom adalah KHAS bagi makhluk hidup. Gen adalah "substansi hereditas" yang terletak di dalam kromosom.
Gen bersifat antara lain :

- Sebagai materi tersendiri yang terdapat dalam kromosom.

- Mengandung informasi genetika.

- Dapat menduplikasikan diri pada peristiwa pembelahan sel.

Sepasang kromosom adalah "HOMOLOG" sesamanya, artinya mengandung lokus gen-gen yang bersesuaian yang disebut ALELA.
LOKUS adalah lokasi yang diperuntukkan bagi gen dalam kromosom.
ALEL GANDA (MULTIPLE ALLELES) adalah adanya lebih dari satu alel pada lokus yang sama.

Dikenal dua macam kromosom yaitu:

1.      Kromosom badan (Autosom).

2.      Kromosom kelamin/kromosom seks (Gonosom).

KROMOSOM-KROMOSOM SEKS

Dasar kromosom seks bervariasi pada setiap organisme

Seks merupakan karakter fenotif warisan yang biasanya ditentukan oleh ada atau tidak adanya kromosom-kromosom khusus;mekanisme tepatnya bervariasi pada setiap spesies. Manusia dan mamalia lain,seperti lalat buah,memiliki sistem X-Y.Jantan XY memberikan satu kromosom X atau satu kromosom Y pada sperma,yang berkombinasi dengan satu ovum yang yang mengandung satu kromosom X dan betina XX.Jenis kelamin keturunannya ditentukan pada saat  konsepsi oleh apakah sperma tersebut membawa X dan Y.

2.4  Dasar Molekuler Penurunan Sifat

A.    DNA sebagai Materi Genetik

1.      Usaha materi genetic mengarah pada DNA

a.    Bukti bahwa DNA dapat mentransformasi bakteri

Pada mulanya Federick Griffith seorang petugas kesehatan asal Inggris sedang mempelajari Streptococcus pneumonia pada mamalia. Griffith memiliki dua strain (varietas) dari bakteri tersebut, satunya patogenik (menyebabkan penyakit) dan yang lainnya tidak berbahaya. Ia menemukan bahwa  ketika ia membunuh bakteri patogenik dengan panas dan kemudian mencampurnya dengan bakteri hidup dari strain yang tidak berbahaya, beberapa dari sel hidup tersebut berubah menjadi pantogenik. Graffith menyebut fenomena ini dengan transformasi, sekarang didefinisikan sebagai perubahan genotipe dan fenotipe yang disebabkan oleh asimilasi DNA eksternal oleh suatu sel.

Penelitian graffith ini menjadi titik awal bagi sebuah penelitian 14 tahun untuk mencari identitas substansi petransformasi yang dilakukan oleh ahli bakteriologi Amerika Oswald Avery. Pada tahun 1944 Avery dan coleganya Maclyn McCarty dan Colin Macleod mengumumkan bahwa agen pentransformasi tersebut adalah DNA.

b.        Bukti bahwa DNA virus dapat memprogram sel

Bukti tambahan bahwa DNA merupakan materi genetik dating dari studi mengenai virus yang menginfeksi bakteri. Virus –virus yang menginfeksi bakteri digunakan secara luas sebagai alat penelitian dalam genetika molekuler. Percobaan yang dilakukan oleh Alfred Hershey dan Martha Chase merupakan suatu percobaan yang menunjukkan bahwa DNA merupakan bahan genetik. Mulanya, para ilmuwan menganggap bahwa suatu pembawa sifat ke generasi berikutnya adalah protein. Namun, dengan adanya percobaan yang dilakukan oleh Alfred Hershey dan Martha Chase ini membuktikan hal berbeda. Percobaan yang dilakukan oleh Hershey dan Chase ini juga menunjukkan bahwa DNA virus (dalam hal ini adalah virus Fag T2) dapat memprogram suatu sel (bakteri).
Hershey dan Chase menggunakan virus Fag T2 dalam percobaannya dengan bahan uji lainnya adalah bakteri E. Coli. Digunakannya virus Fag T2 karena virus ini telah diketahui sebelumnya mengenai strukturnya dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa. Virus T2 ini juga merupakan virus yang menginfeksi bakteri E. Coli. Selain itu, virus ini bentuknya sederhana, yaitu terdiri atas cangkang protein yang berisi bahan genetik.

Metodenya adalah virus yang sama-sama dimasukkan kedalam suatu tabung reaksi atau alat uji dapat menginfeksi bakteri E. Coli dan menjadikannya sebagai inang atau perantara bagi pembiakan diri virus hingga tubuh virus dapat berlipat ganda dengan mengeksploitasi bakteri.

Percobaan yang dilakukan oleh Hershey dan Chase ini meliputi dua tahapan atau proses, yaitu tahap pertama dengan unsur fosfor-32 radioaktif (isotop radioaktif) sebagai indikator dan selanjutnya tahapan kedua yaitu dengan menggunakan belerang-35 radioaktif sebagai indikator. Singkat kata, percobaan Hershey dan Chase ini juga ingin membuktikan mengenai siapa yang bertanggungjawab atas pemrograman ulang tubuh inang untuk memproduksi virus dalam jumlah besar.

Protein (bukan DNA) mengandung unsur belerang dan unsure-unsur radioaktif yang digunakan dalam percobaan ini hanya masuk kedalam protein dari faga tersebut. Pada DNA dapat ditemukan unsur fosfor, dan unsur ini tidak ditemukan pada asam amino yang merupakan komponen dasar protein.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa virus Fag T2 menyuntikkan bahan genetik berupa DNA kedalam tubuh inangnya dengan selubung proteinnya tetap berada diluar. Selanjutnya, DNA yang merupakan bahan genetik dari virus akan merusak kerja dari DNA bakteri E. Coli, sehingga DNA virus dapat mengendalikan kerja tubuh bakteri. Pengalihan perintah kerja oleh bahan genetik ini digunakan untuk memperbanyak jumlah DNA virus.

Para saintis dapat menemukan (pada percobaan dengan isotop radioaktif belerang) bahwa yang masuk kedalam tubuh inang hanyalah materi genetiknya (DNA) saja didasari pada pellet dan supernatant larutan tadi. Sebagian besar radioaktivitasnya ditemukan didalam supernatan yang mengandung partikel-partikel virus bukan bakteri.

Sebaliknya, pada percobaan dengan isotop radioaktif fosfor ditemukan paling banyak radioaktif adalah materi bakterial. Pada saat bakteri yang terinfeksi dilepasakan kembali kedalam medium kultur, tetap saja infeksi oleh virus terus terjadi dan E. Coli melepaskan Fag-fag yang mengandung sejumlah fosfor radioaktif.

Kesimpulannya, percobaan yang dilakukan oleh Hershey dan Chase membuktikan bahwa DNA virus masuk kedalam tubuh bakteri E. Coli, sedangkan sebagian besar protein virus tetap berada diluar. Masuknya materi genetik kedalam tubuh bakteri akan menyebabkan terjadinya kerusakan program genetik bakteri karena diambil alih oleh DNA virus. Hal ini menyebabkan virus dapat dengan mudah memperbanyak diri selama didalam tubuh bakteri. Percobaan Hershey dan Chase memberikan bukti kuat bahwa asam nukleat (bukan protein) merupakan materi hereditas.

c.         Bukti tambahan bahwa DNA adalah materi genetic sel

Bukti-bukti tambahan tak langsung menunjukan bahwa DNA merupakan materi genetik eukariota.Sebelum mengalami mitosis , sel eukariota dengan tepat menggandakan kandungan DNA-nya, selama mitosis, DNA ini akan terdistribusi tepat sama kedua sel anaknya.Bukti tambahan lain  dari Erwin Chargaff  menganalisis komposisi basa DNA dari sejumlah organisme yang berbeda.Ia melaporkan bahwa komposisi DNA berbeda-beda antara spesies yang satu dengan yang lain.

2.      Watson dan Crick menemukan heliks ganda dengan cara membuat model-model yang sesuai dengan data sinar-X

Pada saat sebagian besar ahli biologi yakin bahwa DNA merupakan materi genetic, terjadi perlombaan untuk menentukan bagaimana struktur DNA dapat menjelaskan peran DNA dalam penurunan sifat.Kerja sama antara Watson dan Crick membuat model DNA mereka berdasarkan data yang didapat dari foto difraksi sinar-X milik Franklin.Mereka menginterpretasikan pola bintik pada foto sinar-X tersebut menunjukan bahwa bentuk DNA ini adalah heliks. Lebar dari heliks menunjukan  bahwa heliks ini terdiri dari dua untai. Keberadaan dua rantai tersebut menjelaskan istilah heliks ganda. Basa-basa nitrogen  dari heliks ganda ini berpasangan dalam kombinasi yang spesifik: adenine (A) dengan timin (T),dan guanine (G) dengan sitosin (C). Tetapi model ini tidak sesuai dengan data sinar-X. Adenin dan guanine adalah purin, sitosin dan timin   adalah anggota family basa nitrogen yang dikenal sebagai pirimidin ,yang mempunyai satu cincin tunggal. Oleh karena itu purin kurang lebih dua kali lebih besar dari pirimmidin. Pasangan purin-purin terlalu lebar sedangkan pasangan pirimidin-pirimidin terlalu sempit untuk heliks ganda jalan keluarnya adalah memasangkan 1 purin dengan 1 pirimidin.

B.     REPLIKASI DAN PERBAIKAN DNA

Replikasi molekul DNA dimulai pada tempat-tempat khusus yang disebut pangkal replikasi (origin of replication).

1. Bakteri yang mempunyai kromosom melingkar memiliki satu pangkal, yaitu satu bagian DNA yang mempunyai urutan nukleotida yang spesifik. Replikasi DNA kemudian berjalan dua arah sampai seluruh molekul tersalin.

2. Berbeda dengan kromosom bakteri, setiap kromosom eukariotik mempunyai ratusan bahkan ribuan pangkal replikasi. Replikasi dimulai pada tempat-tempat spesofik di mana kedua untai DNA induk terpisah membentuk "gelembung" replikasi. Gelembung replikasi terentang secara lateral. Replikasi berjalan dua arah dari setiap pangkal. Disetiap ujung gelembung terdapat cabang replikasi (replikatio fork). Replikasi dimulai pada tempat-tempat spesofik dimana kedua untai DNA induk terpisah membentuk "gelembung" replikasi. Akhirnya gelembung replikasi menyatu dan sintesis untai DNA anak selesai .

C.    Pemanjangan untai DNA

Pemanjangan DNA baru dikatalisis oleh enzim- enzim DNA-polimerase. Saat nukleotida -nukleotida berjejer dengan basa-basa komplementer sepanjang untai pola cetakan DNA, nukleotida- nukleotida ini ditambahkan oleh DNA-polimerase satu per satu ke ujung untai DNA yang baru tumbuh. DNA polimerase mengkatalisis untai DNA baru, bekerja dalam arah 5' 3'.

Sintesis DNA pada cabang replikasi menghasilkan leading strand yang kontinu, diskontinu dari lagging strand. Fragmen-fragmen ini kemudian disambung oleh DNA ligase. Pada manusia laju pemanjangan DNA baru dapat mencapai 50 nukleotida per detik. Sumber energi yang menggerakkan polimerase nukleotida menjadi DNA baru adalah nukleosida trifosfat. Ketika nukleosida trifosfat terjalin dengan tulang belakang gula-fosfat dari untai DNA yang sedang terbentuk, senyawa ini kehilangan dua fosfatnya dalam bentuk molekul pirofosfat.

DNA polimerasi memanjangkan untai hanya dalam arah 5' 3'. Salah satu untai baru disebut leading strand, yang dapat memanjang secara berkelanjutan dalam arah 5' 3'. Sementara untai DNA baru lainnya yang disebut lagging strand harus tumbuh dalam arah 3' 5' dengan penambahan segemen-segmen pendek yang diperpanjang oleh Dna polimerase membentuk fragmen Okazaki yang tunmbuh dengan arah 5' 3'.

2.5 Model Mikroba: Genetika dari Virus dan Bakteri

Virus

Virus merupakan partikel  yang hanya dapat berkembang biak dalam sel hidup.Virus tidak melakukan metabolisme dan dapat dikristalkan.Virus memiliki struktur tubuh sederhana yang terdiri dari molekul DNA atau RNA dengan selubung protein.

Virus bereproduksi melalui dua cara,yaitu melalui siklus litik dan siklus lisogenik. Siklus litik melewati tipe absorpsi, penetrasi, replikasi, sintesis, dan perakitan. Siklus lisogenik melalui fase absorpsi, penetrasi, penggabungan, dan replikasi. Virus pada umumnya merugikan karena dapat menyebabkan berbagai penyakit pada tumbuhan, hewan, dan manusia. Dengan mengetahui sifat-sifat virus, manusia dapat memanfaatkan virus untuk membuat vaksin yang mencegah penyakit.

Ciri-ciri virus antara lain :

1.        Virus berkembang biak dalam sel hidup.

2.        Virus tidak membelah diri.

3.        Mempunyai ukuran sangat kecil .

4.        Bentuknya bervariasi.

5.        Terdiri dari asam nukleat dan kapsid.

6.        Dapat dikristalkan

a.      Penemuan Virus pada Penyakit Tanaman

Adolf Mayer (1883), seorang saintis Jerman mencari sebab penyakit mosaik pada tembakau.Penyakit ini menghambat pertumbuhan tanaman tembakau dan menyebabkan daunnya bercak-bercak, sehinga disebut mosaik.Mayer  menemukan  bahwa penyakit ini menular ketika ia menemukan bahwa ia dapat memindahkan penyakit tersebut dari satu tanaman ke tanaman yang lain dengan cara menyemprotkan getah yang diekstraksi dari daun tanaman yang sakit ke tanaman yang sehat. Mayer menyimpulkan bahwa itu disebabkan oleh bakteri yang lebih kecil dari biasanya.Satu dasawarsa setelah itu hal ini diuji kembali oleh Dimitri Ivanowsky yang berpegang teguh terhadap hipotesis yang menyatakan bahwa bakteri merupakan penyebab penyakit mosaik tembakau.

Kemungkinan terakhir dibuang pada tahun 1897 ketika ahli botani Belanda Mertinus Beijerinck menemuian bahwa agen infeksi yang ada di dalam getah yang telah disaring tersebut dapat bereproduksi.Patogen tersebut bereproduksi  hanya ketika berada di dalam inang yang diinfeksinya. Kecurigaan Beijerinck bahwa partikel tersebut jauh lebih kecil dari bakteri dibuktikan pada tahun 1935, ketika saintis Amerika Wendell Stanley mengkristalkan partikel penginfeksi tersebut, yang sekarang dikenal sebagai virus mosaic tembakau (TMT-tobacco mosaic virus).

b.      Genom Virus di dalam Kapsid dan Selubung

Genom (kumpulan gen) virus mungkin terdiri dari DNA untai ganda,DNA untai-tunggal, RNA untai-ganda, atau RNA untai-tunggal, tergantung dari tipe virusnya. Virus terkecil hanya memiliki 4 gen, sedangkan yang terbesar  memiliki beberapa ratus.

Kulit protein yang menyelubungi genom virus disebut kapsid. Kapsid terbentuk dari banyak subunit protein yang disebut kapsomer. Adenovirus, yang menginfeksi saluran pernapasan hewan memiliki 252 molekul protein yang identik yang tersusun menjadi kapsid polihedral dengan 20 fase segitiga suatu ikosahedron.

c.       Reproduksi Virus Didalam Sel Inangnya

Virus merupakan parasit intraseluler obligat. Virus tidak memiliki enzim untuk melakukan metabolisme dan tidak memiliki ribosom atau peralatan lainnya untuk membuat proteinnya sendiri.

Jenis-jenis inang yang dapat diinfeksi dan diparasiti oleh virus disebut kisaran inang. Virus mengidentifikasi sel inangnya dengan menggunakan kesesuaian “lock-and-key” atau lubang dan kunci antara protein di bagian luar virus dengan molekul-molekul reseptor spesifik pada permukaan sel.

Virus merupakan parasit intraseluler  obligat yang menggunakan peralatan dari sel inangnya untuk bereproduksi. Dlam siklus virus yang paling sederhana, parasitnya adalah virus DNA dengan kapsid yang terdiri dari satu jenis protein. Setelah memasuki sel, DNA virus menggunakan nukleotida dan enzim inangnya untuk mereplikasi dirinya sendiri. Ia menggunakan materi inang dan peralatan lainnya untuk memproduksi protein kapsidnya. DNA virus dan protein kapsid kemudian tersusun membentuk partikel virus baru yang meninggalkan sel tersebut.

Kebanyakan virus DNA menggunakan DNA polimerase dari sel inang untuk mensintesis genom-genom baru yang cetakannya berasal dari DNA virus. Sedangkan  virus RNA menggunakan plimerase khusus uang dikode oleh virus, yaitu polimerase yang menggunakan RNA sebagai cetakan.

d.      Faga Bereproduksi dengan Siklus Litik atau Siklus Lisogenik

Faga adalah jenis virus yang paling dipahami dibandingkan dengan semua jenis virus lainnya.

Siklus Litik

Siklus reproduktif virus yang pada akhirnya menyebabkan kematian sel inang disebut siklus litik. Istilah tersebut mengacu pada tahapan akhir dari infeksi, yaitu saat bakteri lisis dan melepaskan faga yang dihasilkan di dalam sel. Masing-masing faga ini dapat menginfeksi sel yang masih sehat, dan beberapa siklus litik yang berturut-turut dapat menghancurkan seluruh koloni bakteri hanya dalam hitungan jam. Virus yang hanya dapt bereproduksi dengan siklus litik disebut virus virulen.

Siklus Lisogenik

Siklus lisogenik mereplikasi genom virus tanpa menghancurkan inang. Virus yang dapat menjalankan kedua cara bereproduksi di dalam suatu bakteri disebut virus temperatInfeksi sel E.coli oleh λ ketika faga mengikatkan diri pada permukaan sel dan menginjeksikan DNA nya. Dalam siklus lisogenik faga temperat memasukkan genomnya ke dalam kromosom bakteri sebagai profaga, yang kemudian akan diwariskan pada sel anak inang sampai genom tersebut terstimulasi untuk meninggalkan kromosom dan menginisiasi terjadinya siklus litik.

e.       Virus Hewan

Siklus Reproduktif  Virus Hewan

Pada siklus reproduktif suatu virus berselubung. Virus hewan dilengkapi dengan membran luar, atau selubung virus, di luar kapsidnya. Selubung virus membantu parasit memasuki sel inang. Membran ini biasanya berupa suatu bilayer lipid, seperti membran seluler dengan glikoprotein yang menonjol dari lapisan permukaan luar. Tonjolan itu mengikatkan diri pada molekul reseptor tertentu yang terletak di permukaan sel inang. Selubung virus kemudian bergabung dengan membran plasma inang, mentranspor kapsid dan genom virus ke dalam sel. Setelah itu genom virus dapat mereplikasi dan mengarahkan sintesis protein-protein virus, termasuk glikoprotein untuk selubung-selubung virus yang baru. RE sel inang membuat protei-protein membran ini akan ditranspor ke membran plasma. Kemudian protein dikelompokan dalam potongan-potongan yang berfungsi sebagai jalan keluar untuk progeni virus. Pada saat keluar virus-virus itu membungkus diri dengan dengan membran plasma sel inang. Virus yang sudah terselubung bebas menyebarkan infeksi ke sel-sel lainnya.

f.       Virus Tanaman

Virus tanaman dapat menghambat pertumbuhan tanaman dan menghancurkan hasil panen. Sebagian virus tanaman yang ditemukan merupakan virus RNA. Ada dua rute yang digunakan untuk penyebaran suatu penyakit tanaman yang disebabkan virus. Pada rute pertama ini disebut dengan transmisi horisontal, suatu tanaman terinfeksi oleh virus yang berasal dari luar. Rute kedua yaitu transmisi vertikal, dimana tanaman mewarisi infeksi virus dari induknya. Transmisi vertikal dapat terjadi pada propagasi aseksual (misalnya stek) atau pada reproduksi seksual lewat benih yang telah terinfeksi.

Begitu suatu virus masuk ke dalam sel tanamandan mulai bereproduksi, partikel virus dapat menyebar ke seluruh bagian tanaman dengan melewati plasmodesmata, sambungan sitoplasmik yang menembus dinding-dinding di antara sel-sel tanaman yang berdampingan.

g.      Viroid dan Prion

Walupun virus sudah kecil,ada kelas patogen yanglebih kecil lagi, yaitu viroid. Viroid ini adalah molekul-molekul kecil dari RNA sirkular telanjang yang menginfeksi tanaman. Viroid hanya beberapa ratus nukleotida  panjangnya, tidak mengkode protein tapi dapat bereplikasi di dalam sel tanaman inang.

Hal penting yang dapat dipelajari dari viroid adalah bahwa sebuah molekul bisa menjadi agen infeksi yang menyebarkan penyakit. Tetapi viroid merupakan asam nukleat yang kemampuan bereplikasinya telah diketahui. Adanya protein infeksi yang disebut prion.

h.      Virus berkembang dari elemen genetik bergerak

Virus yang terisolasi bersifat inert (inaktif) secara biologis, tidak dapat mereplikasi gan-gennya atau meregenerasi pasokan ATP nya sendiri.

Sebagian besar ahli biologi molekuler berpihak kepada hipotesis yang menyatakan bahwa virus berasal dari fragmen asam nukleat seluler yang dapat berpindah dari satu sel ke sel lain. Hasil observasi yang menunjukkan bahwa genom virus biasanya memiliki lebih banyak persamaan dengan genom inangnya dibandingkan dengangenom virus yang menginfeksi inang lain.

Bahan yang paling berpotensi sebagai sumber genom virus adalah dua jenis elemen genetik seluler, disebut plasnid. Plasmid adalah molekul DNA sirkular berukuran kecil yang terpisah dari kromosom.

Bakteri

A. Genetika Bakteri

Bakteri adalah organisme prokariota uniseluler yang hanya dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop.

Ciri-ciri bakteri

·         Dinding sel tersusun atas mukopolisakarida dan peptidoglikan.

·         Sel bakteri dapat mensekresikan lendir ke permukaan dinding selnya.

·         Membran sitoplasma meliputi 8-10% dari bobot kering sel dan tersusun atas fosfolipid dan protein.

·         Sitoplasma dikelilingi oleh membran sitoplasma,dan tersusun dari 80% air,asam nukleat,protein,karbohidrat,lemak, dan ion anorganik,serta kromatofora.

·         Pada kondisi yang tidak menguntungkan,bakteri dapat membentuk endospora.

·         Bakteri ada yang bergerak dengan flagela  dan ada yang tidak.

a.       Rentang generasi yang pendek dari bakteri mempermudah adaptasi avolusioner terhadap lingkungan yang berubah

Komponen utama genom bakteri adalah sebuah molekul DNA sirkular untai-ganda.Struktur ini berbeda dengan kromosom eukariotik.

Sel bakteri membelah diri dengan pembelahan biner,yang didahului oleh replikasi kromosom bakteri.Dari satu titik awal replikasi,penggandaan DNA berlangsung dalam dua arah disekeliling kromosom sirkular.

Bakteri akan berproliferasi sangat cepat apabila lingkungannya cocok,baik di habitat alami atau di kultur laboratorium.Misalnya,E.Coli yang tumbuh pada kondisi optimal dapat membelah diri setiap 20 menit.

b.      Rekombinasi  genetik menghasilkan strain bakteri baru.

Bakteri berbeda dengan eukariota dalam hal cara penggabungan DNA yang datang dari dua individu ke dalam satu sel.Pada eukariota ,proses seksual meiosis dan fertilisasi mengkombinasi DNA dari dua individu ke dalam satu zigot.Tetapi jenis kelamin yang ada pada eukariota,tidak terdapat pada prokariota: Meiosis dan fertilisasi tidak terjadi.Sebaliknya ada proses lain yang akan mengumpulkan DNA bakteri yang datang dari individu-individu yang berbeda.Proses-proses itu adalh sebagai berikut.

-Transformasi

Merupakan suatu genotipe sel bakteri dengan mengambil DNA asing telanjang dari lingkungan sekitarnya. Misalnya bakteri Streptococcus pneumoniae dapat ditransformasi menjadi sel-sel penyebab pneumonia dengan cara mengambil DNA telanjang dari m,edium yang mengandung sel-sel strain patogenik yang mati.

-Transduksi

Pada proses transfer DNA yang disebut transduksi,faga membawa gen bakteri dari satu sel inang ke sel inang lainnya. Ada dua bentuk transduksi,yaitu umum dan khusus. Keduanya dihasilkan dari penyimpangan pada siklus reproduktif faga.

-Konjugasi dan Plasmid

Konjugasi merupakan transfer langsung materi genetik antara dua sel bakteri yang berhubungan sementara. Transfer DNA adalah transfer satu arah :satu sel mendonasi DNA dan “pasangannya” menerima gen. Donor DNA disebut  “jantan” menggunakan alat yang disebut pili seks untuk menempel pada resipien DNA yang disebut  “betina”.

Karakteristik umum plasmid.Plasmid adalah molekul DNA kecil,sirkular dan dapat bereplikasi sendiri,yang terpisah dari kromosom bakteri.

-Transposon

Transposon juga disebut elemen genetik yang dapat bertransposisi,adalah sepotong DNA yang dapat berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain di dalam genom sel.Transposontidak pernah hadir sendirian. Contohnya,transposon adalah yang membawa berbagai gen resistensi antibiotik ke dalam satu plasmid R dengan cara memindahkan gen-gen tersebut ke lokasi terkait dari plasmid yang berbeda.

c.       Pengontrolan ekspresi gen

Sel mengontrol metabolisme dengan cara mengatur aktivitas enzim atau dengan mengatur sintesis enzim melalui pengaktifan atau penginaktifan gen-gen. Pada bakteri  , gen-gen yang diregulasi secara bersama-sama seringkali terkumpul dalam bentuk operon,dengan satu promoter yang melayani beberapa gen yang saling berdekatan.Tempat operator pada DNA mengubah operon tersebut ke keadaan on atau off.

Pada operon yang represibel,pengikatan suatu protein represor pada operator menghentikan transkripsi dengan cara mencegah penempelan RNA polimerase.Represor tersebut diaktifkan dengan cara mengikat sebuah molekul korepresor kecil,biasanya produk akhir dari jalur anabolik. Pada operon indusible,suatu represor yang sifat dasarnya aktif diinaktifkan dengan mengikatkan suatuinduser,sehingga meng-on-kan gen-gen operon.Enzim indusibel biasanya berfungsi dalam jalur katabolik. Operon juga dapat mengalami kontrol positif melalui suatu protein aktivator stimulator.

DAFTAR PUSTAKA

Campbell, Neil A.dkk. 2000. Biologi. Jakarta: Erlangga

Fried, George H dan George J Hademenos. 2005. Biologi Edisi II. Jakarta: Erlangga

Maryati, Sri. 2007. Biologi SMA Kelas X. Jakarta: Erlangga

Priadi, Arif. 2010. Biologi. Bandung: Yuuudhistira