BAB III MATERI GENETIK

DNA

      Pengertian DNA : DNA merupakan komponen penyusun gen yang berada dalam lokus kromosom di dalam inti sel. DNA merupakan tempat penyimpanan informasi genetika.

      Fungsi DNA :

ü  Membawa informasi genetic

ü  Membentuk RNA

ü  Mengontrol aktifitas sel

ü  Berperan penting dalam sintesis protein

      Struktur DNA :

ü  DNA merupakan molekul kompleks yang dibentuk oleh 3 macam molekul, yaitu :

1)      Gula pentose (deoksiribosa)

2)      Posfat (PO₄^-)

3)      Basa nitrogen, terdiri dari :

a)      Purin : guanine (G) dan adenine (A)

b)      Pirimidin : timin (T) dan Sitosin ©

ü  Bentuk rantai DNA adalah double helix (tangga berpilin). Model ini dikemukakan oleh James Watson dan Francis Crick. Struktur kimia gen menurut Watson and Crick yang berupa tangga berpilin tersusun atas :

1)      Gula dan posfat sebagai induk / ibu tangga

2)      Basa nitrogen, dengan pasangan tetapnya sebagai anak tangga. (GC dan T=A)

      Replikasi DNA

ü  Terdapat 3 teori tentang replikasi DNA, yaitu :

1)      Konservatif : double helix yang lama tetap (tidak berubah), dan langsung terbentuk double helix yang baru

2)      Dispersif : double helix yang lama terputus-putus. Lalu potongan-potongan tersebut memisah dan membentuk potongan-potongan baru yang akan bersambungan dengan potongan-potongan yang lama, sehingga kembali menjadi dua DNA baru yang sama persis.

3)      Semi konservatif : dua pita dari double helix memisahkan diri dan masing masing pita yag lama mendapatkan pasangan pita baru seperti pasangannya yang lama, sehingga terbentuklah dua DNA baru yang sama persis.

ü  Proses replikasi DNA melibatkan beberapa enzim , yaitu :

1)      Helicase : untuk mempermudah membuka rantai ganda DNA menjadi 2 buah rantai tunggal

2)      Polimerase : untuk menggabungkan deoksiribonukleosida triposfat.

3)      Ligase : untuk menyambung bagian rantai tunggal DNA yang baru terbentuk.

RNA

      Pengertian RNA : RNA merupakan makromolekul yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetic.

      Fungsi RNA :

ü  Sebagai penyimpan informasi genetic pada virus

ü  Sebagai penyalur informasi genetic misalnya pada proses translasi untuk sintesis protein

ü  Sebagai enzim (ribozim) yang mengkatalis formasi RNA-nya sendiri atau molekul RNA lain.

      Struktur RNA

ü  RNA tersusun seperti DNA, yaitu molekul gula D-ribosa, gugus posfat, tetapi basa nitrogennya terdiri atas basa purin (meliputi adenine (A) dab guanine (G)) serta pirimidin (meliputi urasil (U) dan sitosin (C)).

ü  RNA memiliki bentuk rantai tunggal. Setiap pita RNA merupakan polinukleutida dari RNA

      Tipe-tipe RNA

ü  rRNA (ribosom RNA) : rRNA adalah RNA yang terdapat dalam sitoplasma tepatnya di ribosom dan berfungs mengatur dalam proses sintesis protein. rRNA dapat mencapai 80% dari jumlah RNA sel. Molekul rRNA berupa pita tunggal tidak bercabang dan fleksibel.

ü  RNA duta (mRNA)

mRNA dibentuk di dalam nucleus, merupakan RNA yang terbesar dan terpanjang. mRNA berfungsi membawa kode genetic dari DNA ke ribosom.

ü  tRNA (transfer RNA)

 tRNA merupakan RNA yang terdapat dalam sitoplasma dengan rantai yang terpendek yang bertugas menerjemahkan kodon dari mRNA. tRNA berfungsi mengangkut asam amino ke tempat sintesis protein, yaitu ribosom melalui penerjemahan kode kode yang dibwa mRNA.

      PERBEDAAN DNA dan RNA

NA	RNA
1. ditemukan dalam nucleus, yaitu dalam kromosom, mitokondria dan kloroplas	1. ditemukan dalam sitopasma, terutama dalam ribosom, dan juga dalam nucleus.
2. berupa rantai panjang ganda	2. berupa rantai pendek tunggal
3. fungsinya berhubungan erat dengan penurunan sifat dan sintesis protein	3. fungsinya berhubungan erat dengan sintesis protein
4. kadarnya tidak dipengaruhi oleh sintesis protein	4. kadarnya dipengaruhi sintesis protein
5. purin : adenine (A) dan guanine (G) Pirimidin : timin (T) dan sitosin (C)	5. purin : adenine (A) dan guanine (G) Pirimidin : urasil (U) dan sitosin (C)
6. komponen gulanya deoksiribosa	6. komponen gulanya ribose (pentose)

      Sintesis protein

Pembentukan asam amino ditentukan oleh gen atau DNA. Dalam sintesis ini dikenal dengan ekspresi gen. ekspresi gen merupakan proses dimana informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein.

Ekspresi gen ada 2 tahap

a) TRANSKRIPSI yaitu urutan rantai nukleutida template 9cetakan) dari suatu DNA untai ganda disalin untuk menghaslkan satu rantai molekul RNA. Proses ini berlangsung di inti sel.

b) TRANSLASI yaitu sintesis polipeptida dengan urutan spesifik berdasarkan rantai RNA yang dibuat pada tahapan transkripsi.

GEN : gen merupakan bagian dari rantai DNA yang terletak pada suatu lokus tertentu di kromosom.

      Komponen penyusun gen

Ada 3 komponen penyusun gen, yaitu rekon, muton, dan sistron.

1)      rekon : ialah komponen yang lebih kecil dari gen yang terdiri atas satu atau dua nukleutida saja

2)      muton : ialah komponen yang terdiri atas lebih dari dua atau beberapa nukleutida

3)      sistron : ialah komponen yang terdiri atas ratusan nukleutida

      Fungsi gen

1) mengatur perkembangan dan metabolisme individu

2) menyampaikan informasi genetic kepada generasi berikutnya

      Pendapat Thomas Hunt Morgan tentang gen : gen adalah substansi hereditas, yaitu suatu kesatuan kimia yang memiliki sifat seperti berikut ini :

1.      Gen merupakan zarah tersendiri yag kompak di dalam kromosom

2.      Gen mengandung informasi genetic

3.      Gen dapat menduplikasi diri pada peristiwa mitosis (pembelahan sel) ; artinya, gen dapat membelah menjadi dua bagian yang sama persis sehingga dapat menyampaikan informasi genetic kepada generasi sel berikutnya.

4.      Setiap gen menempati tempat tertentu di dalam kromosom ; lokasi khusus yang ditempati gen dalam kromosom disebut lokus.

KROMOSOM

      Struktur fisik kromosom

o   Kromonema : berupa pita spiral yang terdapat penebalan

o   Kromomer : merupakan penebalan2 pada kromonema. Di dalam kromomoner terdapa protein yang mengandung molekul DNA.

o   Sentromer : merupakan bagian kromosom yang menyempit dan tampak lebih terang. Bagian ini tidak mengandung gen dan merupaka tempat melekatnya benang spindle.

o   Lekukan kedua : berperan dalam pembentukan nucleolus

o   Telomere : merupakan bagian ujung2 kromosom yang menghalang-halangi bersambungnya ujung kromosom yang satu dengan kromosom yang lainnya

o   Satelit : yaitu suatu tambahan atau tonjolan yang terdapat pada ujung kromosom.

      Macam-macam kromosom

Berdasarkan jumlah sentromernya, terdapat 3 jenis kromosom :

1.      Monosentris, kromosom yang hanya memiliki sebuah sentromer

2.      Disentris ; memiliki 2 sentromer

3.      Polisentris : memiliki banyak sentromer

Berdasarkan letak sentromernya. Kromosom dibedaka menjadi 4 :

1.      Metasentris : sentromer terletak ditengah-tengah kromosom

2.      Submetasentris : sentromer terletak submedian atau kira2 kearah salah satu ujung kromosom.

3.      Akrosentris : sentromer terletak pada subterminal atau dekat ujung kromosom

4.      Telosentris : sentromer terletak pada ujung kromosom

Berdasarkan bentuknya, kromosom digolongkan menjadi 6 :

1.      Bentuk bulat

2.      Bentuk cerutu

3.      Bentuk koma

4.      Bentuk batang

5.      Bentuk huruf v

6.      Bentuk huruf L

BAB II METABOLISME

      Metabolisme adalah seluruh reaksi kimia yang dilakukan oleh organisme. Metabolisme juga dapat dikatakan sebagai proses yang dilakukan oleh sel untuk mengatur sumber daya materi dan energy yang dimilikinya.

      Reaksi metabolisme memerlukan ENZIM.

Metabolisme ada 2 yaitu :

- Katabolisme : proses pemecahan/ pembongkaran/ penguraian dari senyawa kimia kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana

contoh : Respirasi Aerob (glikolisis, dekaboksilasi oksidatif, siklus krebs, transpor elektron) dan Respirasi Anaerob (fermentasi alkohol dan asam laktat)

- Anabolisme : proses penyusunan senyawa kimia sederhana menjadi senyawa kompleks

contoh : fotosintesis (reaksi terang dan reaksi gelap)

ENZIM

      ENZIM merupakan senyawa protein yang berfungsi sebagai katalisator reaksi2 kimia yang terjadi pada makhluk hidup.

      KATALISATOR adalah suatu zat yang mempercepat reaksi kimia, tetapi tidak mengubah kesetimbangan reaksi atau tidak mempengaruhi hasil reaksi. (enzim tidak ikut bereaksi)

      KOMPONEN2 ENZIM :

Secara  kimiawi enzim tersusun atas 2 bagian, yaitu bagian protein (apoenzim) dan bagian non-protein (gugus prostetik)

ü  APOENZIM : merupakan bagian enzim aktif yang tersusun atas protein dan mudah berubah ,(labil) terhadap factor lingkungan seperti pH dan suhu.

ü  GUGUS PROSTETIK : merupakan gugus yang tidak aktif, berupa unsur unsur logam/ molekul anorganik seperti Fe²⁺, Mn^2+, Mg²⁺, dan Na⁺ yang disebut KOFAKTOR.

ü  GUGUS PROSTETIK juga dapat berupa bahan organic bukan protein, seperti vitamin B, NADH, FADH2 yang disebut KOENZIM.

      CARA KERJA ENZIM :

a)      TEORI KUNCI-GEMBOK

      Dikemukakan oleh Emil Fischer

      TEORI :

1)      Antara enzim dan substrat terjadi persatuan yang kaku seperti kunci dan anak kunci.

2)      Enzim memiliki suatu tempat untuk bergabung dengan substrat yang disebut sisi aktif yang merupakan tempat perlekatan molekul substrat.

3)      Pada tempat perlekatan tersebut mempunyai konfigurasi tertentu dan hanya substrat khusus yang cocok untuk dapat bergabung.

4)      Selama reaksi berjalan, enzim dan substrat berkombinasi sementara membentuk kompleks enzim substrat.

5)      Hubungan di antara enzim dan substrat berkombinasi merupakan hubungan yang lemah, sehingga mudah berpisah lagi.

6)      Setelah reaksi, hasil-hasil reaksi tidak lagi bersatu dengan sisi aktif atau sisi katalitik.

b)      Teori Ketepatan Induksi

      Dikemukakan oleh Koshland

      TEORI : Sisi aktif enzim bersifat fleksibel sehingga dapat berubah bentuk menyesuaikan bentuk substrat.

      SIFAT-SIFAT ENZIM

ü  Enzim merupakan protein

ü  Enzim merupakan biokatalisator (mempercepat reaksi tanpa ikut bereaksi)

ü  Enzim bekerja secara spesifik (satu enzim hanya dapat mengkatalis satu substrat yang cocok)

ü  Enzim berupa koloid

ü  Enzim berfungsi sebagai katalis (mempengaruhi keseimbangan reaksi dengan mengubah kcepatan reaksi tanpa mengubah produk akhir yang dibentuk)

ü  Enzim dapat bereaksi dengan substrat asam maupun basa

ü  Enzim hanya diperlukan dalam jumlah sedikit

ü  Enzim dapat bekerja secara bolak-balik (dapat menguraikan dan menyusun senyawa menjadi senyawa lain)

ü  Enzim bersifat termolabil (tidak tahan panas)

ü  Enzim dipengaruhi oleh factor lingkungan

ü  Mempercepat reaksi dengan cara menurunkan energy aktivasi

ü  Bekerja sangat cepat

ü  Tidak ikut bereaksi

ü  Tidak mengubah kesetimbangan reaksi

ü  Memiliki sisi aktif yang dapat bereaksi dengan substrat

ü Bekerja di dalam dan di luar sel

      FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KERJA ENZIM

      SUHU : enzim bekerja baik pada suhu optimum, pada suhu maksimum enzim akan rusak, pada suhu minimum enzim akan tidak aktif.

      pH : perubahan pH dapat mempengaruhi perubahan asam amino pada sisi aktif enzim sehingga menghalangi sisi aktif bergabung dengan substratnya.

      KONSENTRASI ENZIM : semakin banyak jumlah enzim, reaksi akan berlangsung semakin cepat

      KONSENTRASI SUBSTRAT : jika jumlah enzim tetap, kecepatan reaksi akan meningkat seiring dengan bertambahnya substrat

      INHIBITOR : Jika inhibitor ditambahkan ke dalam campuran enzim dan substrat , kecepatan reaksi akan turun.

      PERANAN ENZIM :

ü  Reduksi

ü  Dehidrasi

ü  Oksidasi

ü  Hidrolisis

ü  Deaminase

ü  Dekarboksilasi

ü  Fosforilasi

ü  Transferase

KATABOLISME KARBOHIDRAT

KATABOLISME : Pemecahan glukosa dan lemak atau bahan makanan lain sehingga menghasilkan energy.

      Contoh Katabolisme adalah RESPIRASI DAN FERMENTASI

RESPIRASI

      RESPIRASI : adalah proses reduksi, oksidasi, dan dekomposisi, baik menggunakan oksigen maupun tidak, dari senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana sehingga dihasilkan energy.

      Respirasi dibagi 2, yaitu RESPIRASI AEROB DAN RESPIRASI ANAEROB

      RESPIRASI AEROB : respirasi yang memerlukan oksigen

      TAHAP-TAHAP RESPIRASI AEROB :

GLIKOLISIS – DEKARBOKSILASI OKSIDATIF – DAUR KREBS – SISTEM TRANSPOR ELEKTRON.

Glikolisis :

§  Berlangsung di sitoplasma

§  Berlangsung secara anaerob

§  Mengubah satu molekul glukosa ( 6C ) menjadi dua molekul asam piruvat ( 3C )

§  Untuk setiap molekul glukosa dihasilkan energi 2 ATP dan 2 NADH

§  Dikenal sebagai Reaksi Embden dan Meyerhoff

Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat :

§  Berlangsung pada matriks mitokondria

§  Mengubah asam piruvat (3C) menjadi   Asetil Ko-A (2C)

§  Dihasilkan energi sebesar 2 ATP dan 2 NADH untuk setiap molekul glukosa

Siklus Krebs :

§  Berlangsung pada matriks mitokondria

§  Mengubah Asetil-KoA (2C) menjadi CO₂ (senyawa berkarbon 1)

§  Untuk setiap molekul Asetil-KoA dihasilkan 1 ATP, 1 FADH dan 2 NADH

Rantai Pengangkutan Elektron ;

§  NADH₂ dan FADH₂ merupakan senyawa pereduksi yang menghasilkan ion hidrogen

§  Melalui rantai respirasi, hidrogen dari NADH₂ dan FADH₂ yang dihasilkan pada proses glikolisis, dekarboksilasi oksidatif asam piruvat dan daur Krebs dilepaskan ke Oksigen (sebagai penerima hidrogen terakhir) untuk membentuk H2O dengan melepas energi secara bertahap.

§  Satu molekul NADH₂ akan menghasilkan 3 ATP, sedang satu molekul FADH₂menghasilkan 2 ATP.

      ATP YANG DIHASILKAN  :

Tahap	Tak langsung	langsung
Glikolisis	2 NADH = 6 ATAP	2 ATP
Oksidasi piruvat	2 NADH = 6 ATP	-
Siklus krebs	6 NADH = 18 ATP 2 FADH2 = 4 ATP	2 ATP
JUMLAH	34 ATP	4 ATP

      RESPIRASI ANAEROB : terjadi bila tidak ada oksigen. Proses yang terjadi pada respirasi anaerob sama dengan respirasi aerob, tetapi peran oksigen sebagai penerima electron terakhir digantikan oleh NO3 dan SO4. Respirasi anaerob hanya dapat dilakukan oleh mikroorganisme.

FERMENTASI :

      FERMENTASI terjadi jika kadar oksigen tidak mencukupi untuk melakukan respirasi aerob

a.      Fermentasi alkohol

Fermentasi alkohol biasanya dilakukan oleh ragi dan bakteri yang banyak digunakan dalam pembuatan bir dan anggur. Pada Fermentasi alkohol, piruvat diubah menjadi etanol dalam dua langkah. Langkah pertama menghidrolisis piruvat dengan molekul air sehingga melepaskan karbondioksida dari piruvat dan mengubahnya menjadi asetaldehida berkarbon dua. Dalam langkah kedua, asetaldehida direduksi oleh NADH menjadi etanol sehingga meregenerasi pasokan NAD+ yang dibutuhkan untuk glikolisis.

b.      Fermentasi asam laktat

Fermentasi asam laktat banyak dilakukan oleh fungi dan bakteri tertentu digunakan dalam industri susu untuk membuat keju dan yogurt. Aseton dan methanol merupakan beberapa produk samping fermentasi mikroba jenis lain yang penting secara komersil. Dalam fermentasi asam laktat, piruvat direduksi langsung oleh NADH untuk membentuk laktat sebagai produk limbahnya, tanpa melepaskan CO2. Pada sel otot manusia, fermentasi asam laktat dilakukan apabila suplay oksigen tubuh kurang. Laktat yang terakumulasi sebagai produk limbah dapat menyebabkan otot letih dan nyeri, namun secara perlahan diangkut oleh darah ke hati untuk diubah kembali menjadi piruvat.

ANABOLISME : Anabolisme adalah semua reaksi proses penyusunan yang berlangsung di dalam sel. Contoh Anabolisme adalah fotosintesis dan kemosintesis.

FOTOSINTESIS adalah peristiwa penyusunan zat organik (gula) dari zat anorganik (air, karbon dioksida) dengan pertolongan energi cahaya.

KEMOSINTESIS adalah proses penyusunan bahan organik itu mengguna­kan energi dari pemecahan senyawa kimia

PROSES FOTOSINTESIS :

Fotosintesis berlangsung dlm 2 tahap, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.

        Pada reaksi terang di tilakoid/grana

 terjadi pengkapan energy cahaya. Energy tersebut kemudian diteruskan ke pusat reaksi. . Dari pusat reaksi electron dilepaskan melalui 2 macam aliran .

a) jalur siklik

elektron dilepaskan oleh fotosistem I, lalu menuju ke system transfer elektron, lalu ke fotosistem I lagi.

b) jalur non-siklik.

Terjadi fotolisis : pemecahan molekul air menjadi H2 dan o2. Fotosistem II  mengmbil elektron hasil fotolisis, lalu diteruskan ke fotosistem I melalui system transper elektron. Pda saat yg sama, fotosistem I akan melepas elektron. Lalu elektron itu diteruskan ke system transfer elektron hingga membentuk NADPH2.

        Kemudian memasuki reaksi gelap (calvin benson) di stroma. Pada reaksi ini terjadi 3 tahap, yaitu fiksasi, reduks, dan regenerasi.

§  Fiksasi : CO2 (1C) diikat RuBP (5C) à senyawa 6 karbon yg labil,senyawa ini memecah menjadi 2 PGA

§  Reduks : PGA menerima gugus fosfat dr ATP & menerima hidrogen serta elektron dari NADPH menghasilkan PGAL

§  Regenerasi : 6 CO2 yg diikat menjadi 12 PGAL, 10 PGAL kembali menjadi RuBP n akan mengikat CO2 lagi, 2 PGAL berkondensasi menjadi glukosa 6 fosfat yg menjadi bahan baku untuk sukrosa dan tepung pati.

Transpor Elektron

§  Tempat :membran mitokondria

§  Mengubah 10NADH + 2FADH2 menjadi  38 ATP à 36 ATP. Krn 2 ATP digunakan untuk hasil glikolisis ke membran mitokondria

§  Akseptor terakhir = oksigen

 Hubungan antara metabolisme Karbohidrat, Lemak dan Protein

karbohidrat, lemak dan protein masuk ke dalam siklus kreb melalui senyawa Asetil koA. Asetil koA menjadi bahan baku dalam siklus krebs untuk menghasilkan energi. metabolisme lemak menghasilkan energi lebih besar dibandingkarbohidrat untuk berat yang sama, sedangkan protein menghasilkan energi yang setara dengan karbohidrat untuk berat yang sama.