Dna Sebagai Materi Genetik

hendro pramono fakultas biologi unsoed purwokerto 2010 1

I. DNA SEBAGAI MATERI GENETIK Kompetensi Pembelajaran Setelah mengikuti pembelajaran pokok bahasan ini mahasiswa diharapkan mampu: 1. mendefinisikan klon, genom, genotip, dan fenotip 2. menjelaskan secara garis besar percobaan Griffith; Avery, MacLeod, dan McCarty; Hershey and

Chase. 3. menjelaskan mengapa percobaan peneliti tersebut penting dalam perkembangan genetika

mikroba? 4. menjelaskan hubungan antara DNA, RNA, dan protein.

Pendahuluan Pada pokok bahasan ini akan disajikan konsep-konsep dasar genetika molekuler: bagaimana informasi genetik disimpan dan diorganisasikan dalam molekul DNA, cara DNA direplikasi, sifat kode genetik, mutagenesis, dan perbaikan DNA. Selain itu, pokok bahasan ini juga akan menjelaskan penggunaan mikroorganisma untuk mengidentifikasi agen mutagenik berbahaya dalam melawan kanker. Pokok bahasan tersebut akan menjadi dasar pokok bahasan berikutnya, yaitu ekspresi gen dan pengaturannya. Pada pokok bahasan terakhir, fokus bahasan ditekankan pada informasi plasmid dan sifat rekombinasi mikroorganisma. Ahli genetika, termasuk ahli genetika mikroba, menggunakan perbendaharaan kata khusus karena kekomplekskan disiplin ilmu getika. Beberapa pengetahuan dasar diperlukan untuk memahami pinsip-prinsip dasar. Materi percobaan genetika mikroba adalah klon. Klon adalah suatu populasi sel yang berasal dari sel tetua yang bereproduksi akseksual dan secara genetik adalah identik. Seringkali suatu klon disebut kultur murni. Istilah genom merujuk pada semua gen yang ada dalam cel atau virus. Prokariot pada umumnya mempunyai kromosom haploid (1N). Mikroorganisma eukariotik biasanya mempunyai kromosom diploid (2 N). Genotip organisme adalah kumpulan gen spesifik yang dimiliki organisme. Sebaliknya, fenotip adalah koleksi karakteristik yang dapat diamati. Seluruh gen tidak diekspresikan pada saat yang bersamaan, dan lingkungan sangat mempengaruhi ekspresi fenotipik. Banyak peneliti genetika menaruh perhatian pada kajian huhungan genotip dan fenotip, dan ekspresi gen Pada awal abad dua puluh, percobaan menggunakan bakteri dan bakterifaga berhasil menjelaskan sifat informasi genetik, struktur gen, kode genetik, dan mutasi. 1. 1 DNA sebagai Materi Genetik Pada tahun 1928 Fred Griffith meneliti fenomena virulensi Streptococcus pneumoniae (Gb 1.1). Griffith mendapatkan bahwa jika bakteria virulen dididihkan dan kemudian disuntikan ke mencit, mencit tersebut tetap hidup, dan tidak ada pneumococci di dalam tubuh mencit. Namun ketika campuran antara bakteria virulen yang telah dididihkan dan galur nonvirulen disuntikan ke mencit, mencit mati dan ditemukan bakteri virulen dalam tubuh mencit tersebut. Grifith menyebut perubahan bakteri nonvirulen menjadi bakteri virulen sebagai prinsip transformasi (transformation principle).


Animasi 1: Percobaan Griffith

Gambar 1.1 Percobaan Transformasi. (a) Mencit mati ketika diinjeksi dengan pneumococci galur S, galur patogenik yang mempunyai kapsul dan membentuk koloni halus. (b) Mencit tetap hidup ketika diinjeksikan dengan pneumococci galur R, galur nonpatogenik yang kekurangan kapsul dan membentuk koloni kasar. (c) Injeksi dengan galur pneumococci S yang telah dimatikan dengan pemanasan tidak berpengaruh. (d) Injeksi dengan galur R hidup yang dicampur dengan galur S yang dimatikan dengan pemanasan menyebabkan mencit mati, pneumococci galur S hidup ditemukan di mencit yang mati.


O.T. Avery, C.M. MacLeod, dan M. J. McCarty in 1944 berhasil mengungkap senyawa yang bertanggung jawab dalam fenomena transformasi pada percobaan Griffith. Peneliti ini merusak senyawa ini secara selektif menggunakan enzim-enzim yang menghancurkan DNA, RNA, atau protein. Senyawa-senyawa tersebut kemudian disuntikan ke galur pneumococci nonvirulen. Transformasi bakteria nonvirulen tidak terjadi jika DNA dirusak. (Gb 1.2). Hasil penelitian Avery, MacLeod, dan McCarty membuktikan bahwa DNA adalah materi genetik, yang berperan dalam transformasi. Figure 1.2 Percobaan Prinsip Transformasi. Ringkasan percobaan Avery, MacLeod, dan McCarty tentang prinsip transformasi. Hanya DNA yang dapat mengubah sel R menjadi S, dan pengaruhnya hilang ketika ekstrak diberi perlakuan deoksiribonuklease. Jadi, DNA membawa informasi genetik yang diperlukan untuk mentransformasi R menjadi S. Beberapa tahun kemudian (1952), Alfred D. Hershey dan Martha Chase melakukan beberapa percobaan dan membuktikan bahwa DNA adalah materi genetik bakterifaga T2. Hershey dan Chase melabel DNA virus radioaktif 32P atau protein selubung (coat) viral dengan radioaktif with 35S. Mereka menyampurkan bakterifaga berlabel radioaktif tersebut dengan Escherichia coli dan menginkubasi campuran tersebut selama beberapa menit. Suspensi tersebut kemudian diagitasi menggunakan blender untuk melepaskan partikel bakteriofaga yang menempel (Gb. 1.3 dan Animasi 1). Setelah suspensi disentrifugasi, radioaktif dalam supernatan dan pelet bakteri diukur. Mereka mendapatkan bahwa sebagian besar protein radioaktif berada dalam supernatan, sedangkan DNA berlabel radioaktif terdapat dalam pelet sel E. coli. Figure 11.3 The Hershey-Chase Experiment. (a) Ketika E. coli diinfeksi faga T2 yang mengandung protein berlabel 35S, sebagian besar radioaktif tetap berada di luar sel inang. (b) Ketika faga T2 yang mengandung DNA berlabel 32P dicampur dengan sel inang, DNA berlabel masuk ke dalam sel dan anakan faga diproduksi. Jadi, DNA membawa informasi genetik virus.

Sel R + polisakarida sel S murni Koloni R Sel R + protein sel S murni Koloni R Sel R + RNA sel S murni Koloni R Sel R + DNA sel S murni Koloni S Ekstrak sel S + protease + sel R Koloni S Ekstrak sel S + Rnase + sel R Koloni S


Animasi 2: Percobaan Hershey-Chase

1. Pada percobaan Hershey-

Chase, virus bakteri, disebut faga, digunakan untuk menunjukkan bahwa DNA adalah materi genetik. Faga yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari molekul DNA yang diselubungi protein (coat).

2. Ketika fage meinfeksi bakteriofaga, fage akan melekat pada permukaan bakteria dan menyuntikkan DNA ke dalam sel bakteria. Selubung protein faga tetap berada di bagian luar sel.

3. Pada percobaan pertama, faga didedahkan dalam medium yang mengandung asam amino

berlabel radioaktif 35S. Hal ini mengakibatkan populasi faga dengan protein berlabel 35S, tetapi tidak ada label radioaktif dalam DNA

4. Faga berlabel tersebut kemudian digunakan untuk menginfeksi bakteria 5. Faga melekat ke sel bakteria dan menyuntikkan DNAnya, tetapi selubung protein yang diberi label

radioaktif tetap berada di luar sel bakteri. 6. Faga yang dihasilkan dalam sel-sel ini tidak mengandung radioaktif 7. Kekuatan getaran menyebabkan mantel protein kosong terlepas, tapi tidak mempengaruhi

produksi fage baru dalam sel 8. Pada percobaan kedua, fage didedahkan dalam medium yang mengandung dNTAP berlabel-32P.

Hal ini mengakibatkan populasi fage dengan label-DNA 32P, tetapi tidak ada label radioaktif dalam protein

9. Ketika fage yang menginfeksi bakteria, label-DNA 32P memasuki sel bakteri dan dapat ditemukan dlm fage yg kemudian dihasilkan dalam bakteria yang terinfeksi

10. Hal ini menunjukkan bahwa DNA, tetapi bukan protein, membawa informasi genetik untuk generasi baru fage


Kajian tentang genetika virus dan bakteria selanjutnya memainkan peran penting dalam perkembangan genetika molekuler. Selain itu, perkembangan teknologi DNA rekombinan saat ini dimungkinkan karena kemajuan penelitian genetika bakteria dan virus. Riset genetika mikroba sangat berperan penting terhadap biologi sebagai sains dan tekonologi yang mempengaruhi kehidupan sehari-hari.

Para ahli biologi telah lama mengetahui hubungan DNA, RNA, dan protein (Gb. 11.4), dan pemahaman ini mengarahkan banyak penelitian selama beberapa dekade yang lalu. DNA disalin secara tepat selama sintesisnya atau replikasi. Ekspresi informasi yang disandi urutan DNA mengawali sintesis salinan RNA dari urutan DNA (gen). Gen adalah segmen atau urutan DNA yang menyandi polipeptida, rRNA, atau tRNA. Walaupun DNA mempunyai dua untai komplementer, namun hanya satu untai yang disalin menjadi mRNA . Proses sintesis RNA dari DNA disebut transkripsi. RNA yang membawa informasi DNA dan mengarahkan sintesis protein disebut messenger RNA (mRNA). Tahap terakhir ekspresi gen adalah translasi atau sintesis protein. Informasi genetik dalam bentuk urutan nukleotida mRNA ditranslasi dan mengarahkan sintesis protein. Jadi urutan asam amino protein adalah refleksi langsung urutan basa mRNA.

Gambar 1.4 Hubungan antara DNA, RNA, dan sintesis protein. Konsep ini seringkali dikenal sebagai dogma sentral.

Documents

Dna Sebagai Materi Genetik