buku ajar dasar-dasar biologi sel dan molekuler

BUKU AJAR

DASAR-DASAR BIOLOGI SEL & MOLEKULER

Disusun oleh: Zairin Thomy Essy Harnelly

SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS

2018

Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

Dilarang keras memperbanyak, memfotocopy sebagian atau

seluruh isi buku ini, serta memperjual belikannya tanpa

mendapat izin tertulis dari penerbit.

Diterbitkan oleh Syiah Kuala University Press

Darussalam –Banda Aceh, 23111

Judul Buku : Buku Ajar Dasar-Dasar Biologi Sel dan Melekuler

Penulis : Zairin Thomy dan Essy Harnelly

Penerbit : Syiah Kuala University Press

Telp : (0651) 801222

Email : [email protected]

Cetakan : Pertama, 2018

ISBN : 978-602-5679-68-1

Anggota Ikatan Penerbit Indonesia (IKAPI)

ii

KATA PENGANTAR

Dengan Rakhmat dan izin Allah Subhanahu wata’ala, penulisan buku ajar “Dasar Dasar Biologi Sel & Molekuler” ini dapat diselesaikan. Buku ini berawal dari tulisan lepas yang diberikan sebagai bahan mata kuliah dan Biologi Sel, Biologi Molekuler dan mata kuliah Genetika pada mahasiswa S1 di Program Studi Biologi serta mata kuliah Biologi Sel & Molekuler pada mahasiswa S2 program studi Magister Biologi dan program studi Magister Pendidikan Biologi Universitas Syiah Kuala.

Penyusunan kembali menjadi buku ini bertujuan untuk memenuhi salah satu sarana kegiatan belajar mengajar yang sangat penting, dan “meng-up date” kembali bahan ajar mengingat bahwa ilmu Biologi Sel merupakan salah satu “bonggol ilmu” dalam sains Biologi yang perkembangannya sangat pesat dan banyak dipelajari pada disiplin ilmu-ilmu lainnya yang berbasis Biologi. Secara umum buku ini disusun berdasarkan konsep dasar sel yang merupakan kesatuan fungsional & kesatuan struktural makhluk hidup. Pembahasan pada setiap bab dalam buku ini, diuraikan tentang fungsi penting bagian sel atau organel tertentu dan kemudian diuraikan struktur dasarnya. secara biokimia struktur sel makhluk hidup umumnya tersusun oleh unsur dan senyawa yang sama, kemajuan dalam bidang mikroskopi membuktikan pada kita adanya kesamaan struktur molekul sel. Maka dari pengetahuan tersebut dapat menyimpulkan bahwa sel itu merupakan kesatuan fungsional dan struktural dasar makhluk hidup.

Uraian di dalam buku ini pada Bab 1 Sel Sebagai Penyusun Struktur Makhluk Hidup, yang menguraikan dasar-dasar struktur sel. Secara biokimia biomolekul protein dan asam nukleat merupakan perhatian utama sehingga pada Bab 2 dibahas tentang Struktur dan Fungsi Protein, diikuti uraian pada Bab 3 yang terkait dengan bab sebelumnya, dibahas tentang Membran dan Membran Dalam Sel. Pada Bab 4 dibahas tentang Struktur dan Fungsi Materi Genetik. Terkait dengan bab 4 maka pada Bab 5 dibahas tentang Ribosom dan Ekspresi Gen. Struktur sel penting lainya adalah organel mitokondria dan kloroplas. Kedua organel tersebut dibahas dalam bab tentang Mitokondria dan Kloroplas Organel Biokonversi Enerji. Ternyata proses-proses reaksi biokimia dalam organel tersebut berdasarkan atas hukum kimia dan fisika yang kita kenal. Pemahaman sel makhluk hidup pada tingkat molekul merupakan suatu kebutuhan dasar dalam pengetahuan dan kajian tentang sains biologi. Hal

iii

ini tidak hanya dibutuhkan sebagai dasar sains saja, tetapi juga sudah menjadi suatu kebutuhan pada sejumlah kajian dan aplikasi dalam ilmu Pertanian, ilmu Perikanan, ilmu Peternakan, Bioteknologi, dan ilmu Kesehatan serta ilmu-ilmu lainnya yang berkaitan dengan ilmu Biologi.

Terima kasih kepada Universitas Syiah Kuala yang berkenan menerbitkankan buku ini, serta terima kasih juga penulis sampaikan kepada rekan-rekan staf pengajar di FMIPA Universitas Syiah Kuala yang telah banyak mendorong penulis hingga dapat menyelesaikan penyusunan buku ini. Kekurangan dan kesalahan dalam isi buku ini sudah pasti ada, kami sangat mengharapkan kritikan dan saran untuk perbaikan dan penyempurnaan serta pengembangannya, untuk itu kami sampaikan terima kasih. Semoga bermanfaat.

Banda Aceh, Agustus 2018 Penulis

Zairin Thomy Essy Harnelly

iv

DAFTAR ISI

Halaman KATA PENGANTAR............................................... ii DAFTAR ISI........................................................... iv DAFTAR GAMBAR................................................ ix DAFTAR TABEL..................................................... x BAB 1 PENDAHULUAN.................................................... 1 Pokok-pokok bahasan.......................................... 2 1.1 Perkembangan Pengetahuan Tentang Sel .......... 2 1.1.1 Konsep tentang sel.............................................. 2 1.1.2 Sejarah perkembangan tentang sel..................... 3 1.2 Struktur umum sel............................................... 3 1.2.1 Sel jasad hidup prokariotik................................... 4 1.2.2 Sel jasad hidup eukariotik.................................... 6 1.2.2.1 Struktur sel tumbuhan......................................... 7 1.2.2.2 Struktur sel hewan............................................... 9 1.2.2.3 Protoplasma......................................................... 9 1.2.2.3.1 Air......................................................................... 9 1.2.2.3.2 Protein.......................................................... 10 1.2.2.3.3 Lipida.................................................................... 11 1.2.2.3.4 Karbohidrat.......................................................... 12 1.2.2.3.5 Nukleotida............................................................ 12 1.3 Cara mempelajari sel........................................... 13 1.3.1 Mengamati sel dengan mikroskop...................... 13 1.3.2 Teknik-teknik lainnya........................................... 14 Rangkuman.......................................................... 14 DAFTAR PUSTAKA................................................ 15 BAB 2 BIOMOLEKUL PENYUSUN JASAD HIDUP.............. 16 Pokok-pokok bahasan......................................... 18 2.1 Struktur dasar protein......................................... 18 2.1.1 Tipe asam amino.................................................. 18 2.1.2 Ikatan peptida...................................................... 19 2.1.3 Tingkatan struktur protein................................... 20 2.1.3.1 Struktur primer.................................................... 20 2.1.3.2 Struktur sekunder................................................ 21 2.1.3.3 Struktur tersier..................................................... 21 2.1.3.4 Struktur kuarter................................................... 21 2.2 Enzim.................................................................... 22 2.2.1 Enzim dalam sel................................................... 22

v

2.2.2 Sifat-sifat enzim................................................... 23 2.2.3 Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim.. 24 2.2.4 Cara kerja enzim................................................... 25 2.2.5 Nomenklatur enzim............................................. 26 2.2.6 Penggolongan enzim........................................... 26 2.2.6.1 Penggolongan enzim berdasarkan tempat

kerjanya................................................................

27 2.2.6.2 Penggolongan enzim berdasarkan cara

terbentuknya.......................................................

27 2.2.6.3 Penggolongan enzim berdasarkan katalitiknya.... 28 2.2.6.3.1 Enzim hidrolisis.................................................... 28 2.2.6.3.2 Enzim oksidase reduksi........................................ 28 2.2.6.3.3 Fosforilase............................................................ 29 2.2.6.3.4 Transferase.......................................................... 29 2.2.6.3.5 Karboksilase......................................................... 29 2.2.6.3.6 Isomerase............................................................. 30 2.2.6.3.7 Epimerase........................................................... 30 2.2.7 Kofaktor, aktivator, gugus prostetik dan

koenzim...............................................................

30 2.2.7.1 Ion-ion anorganik sebagai aktivator

enzim...................................................................

30 2.2.7.2 Gugus prostetik................................................... 30 2.2.7.3 Koenzim............................................................... 31 2.2.8 Mekanisme kerja enzim....................................... 33 2.2.9 Inhibitor............................................................... 33 Rangkuman.......................................................... 34 DAFTAR PUSTAKA................................................ 35 BAB 3 DNA, GEN, GENOM DAN KROMOSOM................ 36 Pokok-pokok bahasan......................................... 37 3.1 Molekul asam nukleat......................................... 37 3.1.1 Nukleosida ......................................................... 38 3.1.2 Nukleotida .......................................................... 38 3.2 Struktur molekul DNA......................................... 39 3.3 Denaturasi DNA.................................................. 42 3.4 Renaturasi DNA.................................................. 45 3.5 Struktur molekul RNA......................................... 47 3.5.1 mRNA (RNA-duta)................................................ 48 3.5.2 tRNA (RNA-pemindah)......................................... 48 3.5.3 rRNA(RNA-ribosom)............................................ 48 Rangkuman.......................................................... 49

vi

DAFTAR PUSTAKA................................................ 49 BAB 4 REPLIKASI DAN PERBAIKAN DNA......................... 50 Pokok-pokok bahasan.......................................... 50 4.1 Replikasi DNA....................................................... 50 4.1.1 Sintesis untai utama (Leading Strand)................. 54 4.1.2 Sintesis untai lamban (Lagging Strand)................ 55 4.2 Polimerisasi DNA.................................................. 60 4.2.1 Polimerisasi prokariotik...................................... 60 4.2.2 Polimerisasi eukariotik......................................... 60 4.3 Ligase DNA........................................................... 61 4.4 Inhibitor DNA...................................................... 62 4.5 Daur Sel (Cell Cycle).............................................. 63 4.6 Perbaikan DNA..................................................... 64 4.7 Cacat mekanisme perbaikan................................ 68 Rangkuman.......................................................... 70 DAFTAR PUSTAKA................................................ 71 BAB 5 EKSPRESI GEN DAN PENGENDALIANNYA............. 72 Pokok-pokok bahasan.......................................... 72 5.1 Dogma genetik..................................................... 73 5.2 Ekspresi gen......................................................... 73 5.2.1 Proses transkripsi................................................ 74 5.2.1.1 Proses inisiasi...................................................... 74 5.2.1.2 Proses pemanjangan............................................ 74 5.2.1.3 Proses terminasi................................................. 75 5.2.1.4 Pemrosesan RNA-duta......................................... 75 5.2.1.5 Pemrosesan t-RNA dan r-RNA............................. 75 5.2.2 Model sintesis protein......................................... 76 5.2.2.1 tRNA dan fungsinya.............................................. 76 5.2.2.2 Protein dan asam amino...................................... 77

5.2.2.3 Sandi genetik........................................................ 78 5.2.2.4 Hipotesis Wobble................................................. 78 5.2.2.5 Ribosom tempat berlangsungnya sintesis

protein.................................................................

80 5.3 Sintesis Protein.................................................... 80 5.3.1 Inisiasi.................................................................. 80 5.3.2 Pemanjangan....................................................... 81 5.3.3 Terminasi............................................................. 82 5.4 Pengendalian Ekspresi gen.................................. 83 5.5. Konsep pengaturan kerja gen.............................. 84 5.5.1 Negatif inducer.................................................... 86

vii

5.5.2 Positif inducer..................................................... 86 5.5.3 Negatif co-represor.............................................. 86 5.5.4 Positif co-represor................................................ 86 Rangkuman.......................................................... 87 DAFTAR PUSTAKA................................................ 87 BAB 6 MEMBRAN DAN SISTIM MEMBRAN DALAM SEL. 88 Pokok-pokok bahasan.......................................... 88 6.1 Fungsi membran plasma..................................... 89 6.1.1 Membran plasma sebagai penyekat.................... 89 6.1.2 Membran plasma sebagai pengatur

permeabilitas.......................................................

91 6.1.3 Membran plasma sebagai pengangkut

mikromolekul.......................................................

91 6.1.4 Membran plasma sebagai pengangkut

makromolekul......................................................

91 6.2 Struktur dasar membran sel................................ 92 6.2.1 Perkembangan model membran plasma............. 95 6.2.2 Komposisi fraksi lipida membran plasma............ 96 6.2.3 Komposisi fraksi protein membran

plasma............. 96

6.2.4 Komposisi fraksi karbohidrat membran plasma.. 97 6.3 Struktur dasar membran plasma

mikroorganisme...................................................

98 6.4 Sistim membran dalam....................................... 99 6.4.1 Retikulum endoplasma (RE)................................ 100 6.4.1.1 Struktur Retikulum endoplasma (RE).................. 100 6.4.1.2 RE dan

biosintesis........................................................... 101

6.4.1.3 Biosintesis protein dan glikolisasi....................... 102 6.4.1.4 Biosintesis fosfolipida dan gliserol...................... 104 6.4.1.5 Detoksifikasi......................................................... 104 6.4.2 Kompleks golgi..................................................... 105 6.4.2.1 Struktur kompleks

golgi..................................................................... 105

6.4.2.2 Peranan fiiologi kompleks golgi.......................... 106 6.4.3 Pemulihan membran sel dan sekresi.................. 107 6.4.4 Lisosom................................................................ 108 Rangkuman.......................................................... 109 DAFTAR PUSTAKA.............................................. 109

viii

BAB 7 NUKLEUS DAN ASAM NUKLEAT.......................... 110 Pokok-pokokbahasan......................................... 111 7.1 Membran inti..................................................... 111 7.2 Materi genetik dan asam nukleat....................... 114 7.2.1 Kromatin.............................................................. 115 7.2.2 Struktur kromosom.............................................. 119 7.3 Materi genetik pada prokariot............................. 122 7.4 Batasan genom, gen dan sistron.......................... 123 7.5 Matriks inti

sel......................................................................... 125

7.6 Dogma genetik.................................................... 126 Rangkuman.......................................................... 127 DAFTAR PUSTAKA................................................ 127 BAB 8 RIBOSOM DAN SINTESIS PROTEIN...................... 128 Pokok-pokokbahasan.......................................... 128 8.1 Struktur ribosom................................................. 129 8.2 Fungsi ribosom pada sintesis protein................. 132 BAB 9 MITOKONDRIA DAN KLOROPLAS ORGANEL

KONVERSI ENERJI................................................

135 Pokok-pokokbahasan.......................................... 135 9.1 Biokonversi enerji................................................ 135 9.1.1 Perbandingan struktur mitokondria dan

kloroplas..............................................................

136 9.1.2 Perbandingan struktur mitokondria dan

kloroplas...............................................................

136 9.2 Mitokondria......................................................... 138 9.2.1 Struktur mitokondria........................................... 138 9.2.2 Jenis dan lokasi enzim dalam mitokondria.......... 141 9.2.3 Fungsi mitokondria.............................................. 142 9.3 Kloroplas.............................................................. 142 9.3.1 Struktur kloroplas................................................ 142 9.3.2 Jenis dan lokasi enzim kloroplas.......................... 152 9.3.3 Fotosintesis------------------------------------------------ 152 9.3.4 Fungsi kloroplas................................................... 153 Rangkuman.......................................................... 154 DAFTAR PUSTAKA................................................ 154

ix

DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 1.2.1 Struktur sel prokariotik.................................................... 6 1.2.2.a Struktur sel tumbuhan..................................................... 8 1.2.2.b Struktur sel hewan.......................................................... 8 2.2.1 Struktur dasar asam amino............................................. 19 2.2.2 Ikatan peptida.antar asam amino................................... 20 2.3 Struktur protein............................................................... 23 2.4 Model Kerja Enzim.......................................................... 26 2.5 Grafik mekanisme kerja enzim....................................... 31 3.2 Struktur komponen nukleotida...................................... 40 3.3 Model struktur DNA...................................................... 41 4.1 Proses replikasi melibatkan sejumlah protein.................. 54 4.2 Mekanisme pengikatan dNTP ke rantai DNA yang

sedang tumbuh............................................................. 56

4.3 Permulaan sintesis DNA oleh RNA dan pembentukan penggalan Okazaki.........................................................

57

4.4 Bagan keseluruhan replikasi DNA................................... 59 4.5 Mekansime kerja ligase.................................................. 61 4.6 Siklus sel........................................................................... 63 4.7 Struktur dimer-timidin..................................................... 65 4.8 Perbaikan DNA cara eksisi............................................... 65 4.9 Mekanisme perbaikan DNA yang rusak dengan cara

eksisi............................................................................ 67

4.10 Mekanisme perbaikan pasca replikasi............................. 68 5.2 Pemrosesan

mRNA................................................................................ 76

5.3 Model operon.................................................................. 84 5.4 Pengendalian ada 6 tahapan pada ekspresi

gen.............................................................................. 85

6.1 Struktur ultra membran sel............................................. 93 6.2 Model membran plasma “dua lembar molekul” bilayer

fosfolipida.................................................................... 96

6.3 Sistim membran interna pada sel hewan........................ 100 7.1 Model nukleus sel eukariotik.......................................... 111 8.1 Multi molekul ribosom prokariot dan eukariot................ 130 9.1 Perbandingan struktur mitokondria dan kloroplas........... 136 9.2 Perbandingan metabolisme mitokondria dan kloroplas... 137

x

DAFTAR TABEL Tabel Halaman 1.1 Perbandingan struktur sel prokariotik dan eukariotik... 6 1.2 Senyawa-senyawa penyusun protoplasma.................. 9 3.1 Materi penyusun asam nukleat: DNA dan RNA............ 37 3.2 Beberapa macam nukleosida...................................... 38 3.3 Beberapa macam nukleotida...................................... 39 4.1 Protein yang membantu proses replikasi..................... 53 5.1 Sandi gnetik: kodon................................................... 79 5.2 Pasangan kodon-antikodon......................................... 79 8.1 Koofisien sedimentasi ribosom.................................... 130 8.2 Komposisi ribosom prokariot dan eukariot................... 131

BAB 1 PENDAHULUAN

Biologi sel mempelajari organisasi dan fungsi jasad hidup (organisme)

ditinjau dari aspek struktur & fungsi komponen penyusun sel, sedangkan

biologi molekuler mempelajari fungsi dan organisasi organisme ditinjau

dari struktur dan regulasi molekuler unsur atau komponen penyusunnya,

dengan kata lain mempelajari jasad hidup pada tingkat molekul. Jasad

hidup secara umum dikelompokan menjadi dua yaitu: Jasad hidup selular

yang mempunyai satuan unit dasar yaitu sel, seperti bakteri, hewan dan

tanaman. Sedangkan Jasad hidup non-selular : tidak tersusun atas sel tapi

berupa satuan biomolekul seperti Virus dan bakteriofag, virus satuan

dasarnya adalah virion.

Ditinjau dari aspek seluler jasad hidup dikelompokan menjadi organisme

Prokariotik (tidak memiliki membran inti sel) dan organisme Eukariotik

(memiliki membran inti sel). Jasad hidup seperti mikroorganisme,

tumbuhan, dan hewan, struktur tubuhnya tersusun oleh sel atau oleh

sejumlah sel. Organisme yang hanya terdiri dari satu sel dikenal sebagai

organisme uniseluler seperti bakteri, dan organisme yang tubuhnya

disusun oleh sejumlah sel disebut organisme multiseluler seperti manusia.

Sel diartikan sebagai unit terkecil yang menyusun struktur makhluk hidup

yang dibatasi oleh membran dan berisi cairan sel yang disebut sitoplasma.

Organisasi organisme multiseluler yang tubuhnya tersusun oleh sejumlah

sel, kelompok sel penyusunnya disebut jaringan yang melaksanakan

berbagai fungsi tertentu yang saling berkaitan membentuk organ tubuh,

beberapa organ terkoordinasi dalam suatu sistem, misalnya sistem

pernafasan, sistem peredaran darah, sistem saraf dan sistem lainnya yang

saling berhubungan dan memiliki mekanisme pengaturan fungsi yang rumit.

1

menyebabkan perkembangan ilmu ini menjadi ilmu baru yang dikenal sebagai biologi molekuler. Ilmu ini terutama mempelajari bentuk, agregasi dan orietasi molekul yang menyusun sistim sel sebagai unit kehidupan.

DAFTAR PUSTAKA

Albert, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Robert, K. And Walter, P. 2008. Moleculer Biology of The Cell. 5rd. Ed. Gardland Publ. New York.

Alberts, B., Bray, D.,Hopkin,K, Johnson,A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. and Walter, P. 2009. Essential Cell Biology, 3rd ed. Garland Science.

Cooper, G.M. 2000 . The cell : a moleculer approach, Second Edition. Washington D.C. USA.

Karp, G. 2013. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. John Wiley and Sons, Inc. 7th Ed.

15

BAB 2 BIOMOLEKUL PENYUSUN JASAD HIDUP

Biomolekul adalah molekul kimia yang terdapat dalam jasad hidup,

berbeda dari senyawa kimia yang ada disekelilingnya, Karena berat

molekulnya (BM) yang besaryang jauh lebih besar antara 103 sampai 109,

dan strukturnya yang kompleks walaupun unsur-unsur yang menyusunnya

tidak berbeda. Sehingga disebut juga sebagai makromolekul. Biomolekul

tersebut antara lain senyawa lipida, polisakarida, asam nukleat dan protein.

Lipida berfungsi sebagai penyusun struktur membran sel, sebagai hormon,

sebagai sumber enerji. Polisakarida berfungsi sebagai komponen struktur

membran dan dinding sel, sebagai sumber enerji dan enerji cadangan

dalam bentuk glikogen. Asam nukleat berfungsi sebagai faktor genetika

(DNA), sebagai senyawa ko-enzim, sebagai pembawa/penyimpan, enerji

(ATP), sebagai informasi genetik pada proses penyusunan protein. Protein

berfunsi sebagai yang memiliki banyak fungsi antara lain berfungsi sebagai

biokatalisator (Enzim); sebagai protein Regulator / bioregulator (hormon);

sebagai protein transport seperti Hemoglobin, Albumin, Lipoprotein,

Transferin; sebagai protein integral membran sel; sebagai protein

kontraktil: aktin dan miosin; sebagai protein struktural: kolagen, tubulin,

keratin, glikoprotein; sebagai protein pelindung dan pertahanan:

Imunoglobin, interferon, perforin, fibrinogen; dan protein reseptor yang

menerima rangsangan serta sebagai molekul sinyal pada komunikasi antar

sel.

Protein merupakan biomolekul penting di dalam biologi sel karena protein

penyusun hampir lebih dari setengah bagian sel makhluk hidup. Sebagai

contoh pada sel bakteri Escherichia coli terdapat lebih dari 3.000 macam

molekul protein dan lebih 1.000 macam asam nukleat. Di dalam tubuh

16

Struktur dasar protein disusun oleh 20 tipe molekul asam amino, sejumlah molekul asam amino ini antara satu dengan molekul yang lainnya berikatan yang dengan ikatan peptida sehingga nama lain dari protein disebut juga polipeptida.

DAFTAR PUSTAKA


Hans-Walter Heldt. 2005. Plant Biochemistry. Third edition. Elsevier Academic Press. New York.

Hiram F. Gilbert. 2000. Basic Concepts in Biochemistry. Mc Graw-Hill. New York.


35

BAB 3 DNA, GEN, GENOM DAN KROMOSOM

Deoksiribonukleic acid (DNA) adalah asam inti (nucleicacid) merupakan

polimer yang dibentuk oleh mononukleotida sebagai satuan

pembentuknya. Fungsi yang terpenting dalam mekanisme molekuler

adalah menyimpan, mereplikasi dan mentranskripsi informasi genetika.

Fungsi lainnya adalah hubungannya dengan metabolisme antara dan

reaksi-reaksi transformasi enerji. DNA terdapat pada inti sel eukariotik,

pada mitokondria dan pada kloroplas tumbuhan. Selain itu DNA juga

terdapat pada inti sel miroorganisme dan pada plasmid sel-sel bakteri, dan

merupakan bahan genetik dari virus. Secara umum dapat dikatakan bahwa

DNA memegang peranan yang sangat penting dalam kelangsungan hidup

makhluk hidup karena berperan sebagai the blue print of life (rancang

bangun mahkluk hidup). Semua informasi mengenai karakter dari individu

mahluk hidup tersebut tersimpan di dalam DNA dan informasi tersebut

akan diwariskan kepada keturunannya pada proses mitosis dan meiosis.

Sel-sel kelamin mempunyai jumlah DNA separuh dari sel-sel somatik. Sel-sel

sistem imun yang telah matang mempunyai jumlah DNA yang sama dengan

sel-sel lain dalam individu tersebut, tetapi mempunyai penataan

yangsedikit berbeda. Sel darah merah yang matang dari mamalia tidaklah

mempunyai inti sel dan mitokondria, karena itu tidak lagi mengandung

DNA. Satu segmen dari untai DNA yang memiliki informasi genetika

(sebagai fungsi genotipnya) dan informasi genetika tersebut dapat

diekspresikan menjadi protein (fungsi fenotipnya) kita sebut sebagai gen.

Keseluruhan dari gen yang terdapat pada jasad hidup disebut sebagai

genom. Genom di “packaging” sedemikian rupa sehingga memiliki struktur

tertentu di dalam sel jasad hidup kita sebut sebagai kromosom.

36

ribosom berfungsi untuk mengenali RNA duta & RNA pemindah dalam

proses sintesa protein. Urutan nukleotida pada RNA dapat digunakan

untuk identifikasi jenis jasad hidup seperti pada prokariot yang banyak

menggunakan salah satu potongan (sekuens) DNA 16S-RNA.

Rangkuman

Deoksiribonukleic acid (DNA) adalah asam inti (nucleicacid) merupakan polimer yang dibentuk oleh mononukleotida sebagai satuan pembentuknya. Fungsi yang terpenting dalam mekanisme molekuler adalah menyimpan, mereplikasi dan mentranskripsi informasi genetika. Fungsi lainnya adalah hubungannya dengan metabolisme antara dan reaksi-reaksi transformasi enerji. DNA terdapat pada inti sel eukariotik, pada mitokondria dan pada kloroplas tumbuhan. Selain itu DNA juga terdapat pada inti sel miroorganisme dan pada plasmid sel-sel bakteri, dan merupakan bahan genetik dari virus. Secara umum dapat dikatakan bahwa DNA memegang peranan yang sangat penting dalam kelangsungan hidup makhluk hidup karena berperan sebagai the blue print of life (rancang bangun mahkluk hidup). Semua informasi mengenai karakter dari individu mahluk hidup tersebut tersimpan di dalam DNA dan informasi tersebut akan diwariskan kepada keturunannya pada proses mitosis dan meiosis.

DAFTAR PUSTAKA






49

BAB 4 REPLIKASI DAN PERBAIKAN DNA

Replikasi merupakan fungsi genotip DNA yang membawa informasi

genetik yang harus diwariskan. Oleh karena DNA mengandung informasi

genetik yang tetap dari suatu sel, maka perlu sekali ia memperbanyak diri

dengan ketelitian dan ketepatan yang tinggi, dibagi sama rata antara sel-

sel hasil pada saat pembelahan, dan dengan tepat diperbaiki manakala

terjadi kerusakan. Karena proses ini sangat penting untuk kelangsungan

hidup organisme, maka iapun berlangsung dengan pengendalian yang

sangat ketat. Proses replikasi paling sedikit memerlukan tujuh langkah

reaksi enzimatik yang berbeda. Untuk menjamin perbaikan bagian DNA

yang rusak, ada empat proses perbaikan yang terpisah. Sebagai tambahan,

pasangan protein di perlukan untuk replikasi kromosom antara sel-sel anak.

Karena rumitnya proses-proses ini, belumlah semua enzim yang berperan

berhasil diasingkan dan belum seluruh mekanisme dipahami dengan jelas,

terutama pada eukariot.

Pokok-pokok bahasan

4.1. Replikasi DNA

4.2. Polimerisasi DNA

4.3. Ligase DNA

4.4. Inhibotor DNA.

4.5. Daur Sel (Cell Cycle)

4.6. Perbaikan DNA.

4.7. Cacat mekanisme perbaikan

4.1 Replikasi DNA.

Struktur DNA yang diajukan oleh Watson dan Crick membawa kepada

mekanisme pergandaan DNA yang sederhana. Oleh karena satu basa dari

50

DAFTAR PUSTAKA


AlbertS, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Robert, K. And Walter, P. 2008. Moleculer Biology of The Cell. 5rd. Ed. Gardland Publ. New York.




71

BAB 5 EKSPRESI GEN DAN PENGENDALIANNYA

Kita ketahui bahwa asam deoksiribonukleat (DNA) menyimpan informasi

genetik yang diturunkan dari sel “lama” ke sel “baru” yang kita kenal pada

bab sebelumnya sebagai replikasi. Fungsi DNA lain adalah fungsi fenotipnya

yang diekspresikan dengan mensintesis protein-enzim. Protein inilah yang

berfungsi sebagai pengaturan metabolisme dalam jasad hidup. Semua

proses kimia yang terjadi pada jasad hidup tidak bisa terlepas dari peranan

enzim, sehingga enzim menentukan sifat atau karakter dari jasad hidup. Ini

semua bermula dari gen yang merupakan cetakan asli segala macam

protein dan enzim-enzim yang disintesis oleh makhluk hidup. Dogma

genetik merupakan konsep dasar sifat menurun yang menentukan ciri-ciri

khas suatu spesies, dengan kata lain dogma genetik merupakan alir materi

genetik dari DNA keurutan asam amino protein. Transkripsi dan Translasi

merupakan proses-proses untuk sintesis protein sebagai ekspresi dari gen,

bagaimana sel itu mengendalikan ekspresi gen tersebut merupakan hal

yang sangat penting selama proses pertumbuhan dan diferensiasi sel serta

penyesuaiannya terhadap perubahan lingkungannya. Pada dasarnya

mekanisme pengendalian gen prokariot dan eukariot hampir sama,

walaupun mekanisme pengendalian gen eukariot lebih rumit dari pada

prokariot dan pada umumnya pengendalian pada sel eukariot belum

banyak diketahui secara lengkap.

Pokok-pokok bahasan

5.1 Mengenal “dogma genetik” tentang hubungan DNA dan RNA.

5.2 Mempelajari replikasi DNA.

5.3 Mempelajari Sintesa Protein sebagai ekspresi gen.

5.4 Mempelajari mekanisme pengendalian gen.

72

Rangkuman

Proses ekspresi gen membentuk protein terjadi dalam dua tahapan yaitu transkripsi dan translasi. Pada jasad hidup prokariotik transkripsi dan translasi berlangsung hampir bersamaan waktunya, sedangkan pada jasad eukariotik proses transkripsi di dalam nukleus pre-mRNA mengalami pemrosesan karena informasi genetik DNA eukariotik memiliki ruas intron yang tidak menyandi asam amino. hanya ruas ekson yang menyandi asam amino yang diprosesing menjadi mRNA yang di transpor ke luar inti sel untuk di translasi di ribosom dalam sitoplasma. Pengaturan pengendalian ekspresi gen ini pada sel eukariotik terjadi pada proses: 1. transkripsi, 2. Prosesing RNA, 3. transporRNA, 4. Translasi, 5. Degradasi RNA dan 6. Aktivitas protein. Pengaturan pengendalian ekspresi gen ini pada sel prokariotik melalui sistim operon.

DAFTAR PUSTAKA




Hans-Walter Heldt. 2005. Plant Biochemistry. Third edition. Elsevier Academic Press. New York.



87

BAB 06 MEMBRAN DAN SISTIM MEMBRAN DALAM SEL

Membran plasma mempunyai beberapa fungsi yang sangat penting untuk

kehidupan sel. Fungsi membran sel sebagai: penyekat, pemilih, pemilah,

dan pengatur. Selain itu membran plasma juga berperan sebagai tempat

terjadinya reaksi kimia, sarana komunikasi, penerima dan penerus

informasi serta fungsi-fungsi lainnya. Membran plasma mempunyai sifat-

sifat hidrofobik di bagian tengah dan sifat hidrofilik di permukaan luar

maupun permukaan sitosol. Membran plasma strukturnya disusun oleh

senyawa-senyawa lipida, protein, dan karbohidrat.

Sistem membran dalam atau membran sitoplasma atau membran interna

dibutuhkan oleh sel-sel yang berukuran besar, hal ini terkait dengan

kebutuhan protein atau enzim-enzim yang diperlukan untuk aktivitas sel.

Terbentuknya membran dalam dikarenakan adanya proses invaginasi

maupun evaginasi berulang-ulang dari membran sel. Sifat-sifat fisik

maupun struktur molekul membran dalam tidak tepat sama seperti

membran sel. Membran sitoplasma membagi sitoplasma menjadi beberapa

ruangan (kompartemen) yang ditinjau dari segi fungsinya berbeda-beda.

Ruangan-ruangan beserta membran pembatasnya disebut organela.

Organella tersebut antara lain adalah retikulum endoplasma (RE),

kompleks golgi, lisosom, badan-badan mikro,nukleus, ribosom,

mitokondria dan kloroplas. Semua organel tersebut terdapat pada sel

tumbuhan dan sel hewan kecuali kloroplas yang hanya terdapat pada sel

tumbuhan. Organel-organel yang membentuk sistem kita bicarakan pada

bab-bab khusus dalam buku ini seperti ribosom & nukleus yang terkait

dengan sistim ekspresi gen atau sintesa protein; kloropas & mitokondria

yang terkait dengan sistem konversi enerji.

88

fosfatase asam. Oleh karena itu, enzim ini dinyatakan sebagai enzim

penanda lisosoma.

Rangkuman

Membran sel dan membran dalam sel (membran interna) memiliki struktur

dasar yang hampir sama yaitu tersusun oleh protein, lipida dan karbohidrat

dalam bentuk Membran interna membagi sitoplasma menjadi beberapa

kompartemen yang ditinjau dari segi fungsinya berbeda-beda.

Kompartemenk-kompartemen beserta membran pembatasnya disebut

sebagai organel. Fungsi membran sel sebagai: penyekat, pemilih, pemilah,

dan pengatur. Selain itu membran plasma juga berperan sebagai tempat

terjadinya reaksi kimia, sarana komunikasi, penerima dan penerus informasi

serta fungsi-fungsi lainnya.

DAFTAR PUSTAKA


Karp, Gerald. 2008. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. John Wiley and Sons, Inc. 5th Ed.

109

BAB 7 NUKLEUS DAN ASAM NUKLEAT

Salah satu yang membedakan antara sel prokariot dengan eukariot adalah

membran plasma, organel sel yang memiliki membran plasma rangkap

adalah Kloroplas, Mitokondria dan Nukleus. Nukleus adalah organel sel

yang memiliki membran plasma rangkap yang memyelimuti nukleoplasma

membentuk suatu kesatuan. Membran-plasma rangkap diberi nama

selubung nuklear dengan membran ke arah nukleoplasma disebut

membran-dalam dan yang mengarah ke sitoplasma disebut membran-

luar. Di dalam nukleoplasma terdapat bentukan satu atau lebih yang

disebut nukleoli (anak inti), dan bahan pembawa informasi genetik yang

terdapat dalam nukleus disebut asam nukleat. Anak inti dan materi genetik

terdapat di dalam suatu cairan yang disebut matriks nuklear.

Nukleus umumnya berbentuk bola atau gelendong. setiap sel umumnya

memiliki sebuah nukleus. Sel prokariot tidak memiliki nukleus sejati. Materi

genetik sel prokariot terkumpul di bagian tengah sel namun, tidak

dipisahkan dari sitoplasma oleh selubung nuklear. Daerah tempat

terkumpulnya materi genetik sel prokariot disebut nukleoid. selubung

nuklear merupakan salah satu pembeda antara sel-sel eukariot dari sel-sel

prokariot. Letak nukleus di dalam sel bervariasi, kadang agak ke tepi,

kadang hampir di tengah. Nukleus tidak dapat bergerak bebas, karena

terperangkap di dalam jaring-jaring yang terbuat dari filamen intermedia

dan mikrofilamen. Jaring-jaring ini terletak di sebelah menyebelah selubung

nuklear. Bagian jaring-jaring yang berada di permukaan nukleoplasmik

selaput-dalam disebut lamina nuklear dan berperan sebagai penyangga

selaput-dalam.

110

BAB 8 RIBOSOM DAN SINTESIS PROTEIN

Kita mengenal ribosom sebagai multimolekul yang berperan sebagai

tempat sintesis protein, sekaligus merupakan “mesin” yang mengatur dan

memilih komponen-komponen yang terlibat dalam sintesis protein.

Struktur ribosom secara umum mempunyai komposisi 60% rRNA dan 40%

protein basa, yang tersusun secara kompleks oleh lebih dari 50 jenis protein

yang berbeda. Dalam ribosom terdapat tRNA yang merupakan jenis RNA

yang terdapat terbanyak diantara jenis RNA yang dikenal. Jumlah ribosom

di dalam suatu sel sangat banyak dan berbeda-beda sesuai dengan jenis

organismenya. Misalnya pada bakteri yang sedang tumbuh mengandung

sekira 20.000 ribosom. Struktur ribosom merupakan butir globular dengan

garis tengah sekitar 150-200 Å. Ribosom ini ditemukan dalam semua sel

prokariot dan eukariot. Pada sel prokariot, ribosom terdapat bebas di

sitosol, sedangkan pada sel eukariot terdapat bebas di sitosol, matriks

mitokondria, stroma kloroplast, atau menempel pada permukaan sitolik

membran retikulum endoplasma (RE). Hubungan struktural antara RE

dengan ribosom membentuk RE-Granular (REG) yang juga sering disebut

ergastoplasma. Seringkali pula terlihat lingkaran-lingkaran kecil yang

terdiri dari beberapa buah ribosom, bentukan semacam ini disebut

polisom. Pengamatan terhadap ribosom ini yang diisolasi dan diwarnai

dengan teknik pewarnaan, menunjukkan bahwa ribosom terdiri dua bagian

yang tidak sama besar, satu kecil yang lainnya besar. Diketahui juga bahwa

ribosom prokariot lebih kecil daripada ribosom eukariot.

Pokok-pokok bahasan

8.1 Struktur ribosom

8.2 Fungsi ribosom pada sintesa protein

128

ke sitosol, sedangkan ribosoma meninggalkan mRNA, dan segera terurai

menjadi subunit besar dan kecil.

Kodon-kodon yang terdapat pada sebuah mRNA, dapat diterjemahkan oleh

beberapa buah ribosoma dengan tRNAnya. Penerjemahan ini berlangsung

dengan beruntun, sehingga terbentuklah untaian ribosoma, yang disebut

poliribosoma atau polisoma. Perlu diingat bahwa dari sebuah mRNA hanya

terbentuk satu jenis polipeptida.

Daftar Pustaka



Karp, G. 2013. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. John Wiley and Sons, Inc. 7th Ed


134

BAB 9 MITOKONDRIA DAN KLOROPLAS ORGANEL BIOKONVERSI ENERJI

Organel sel mitokondria dan kloroplas merupakan organel penting sebagai

biokonversi enerji Ternyata proses-proses biokimia di dalam sel

berdasarkan atas hukum kimia dan fisika yang kita kenal. Pertumbuhan dan

pembelahan sel ternyata sangat bergantung pada tersedianya enerji kimia

yang dapat digunakan. Enerji ini berasal dari enerji kuanta cahaya yang

oleh tumbuhan melalui proses fotosintesis diubah menjadi monosakarida,

disakarida atau polisakarida, proses tersebut kita kenal terjadi di dalam

organel sel kloroplas. Diantara senyawa ini digunakan sebagai makanan

oleh tumbuhan, hewan dan mikroba. Perlu kita fahami molekul makanan

tersebut diubah menjadi biomolekul lain dan bentuk enerji di dalam sel

makhluk hidup. Kita pelajari dalam biokimia, enerji yang tersimpan dalam

molekul makanan sebagian besar ada dalam ikatan kovalen senyawa

karbon yang tereduksi. Enerji ini dilepaskan ketika molekul tersebut

mengalami perubahan oleh reaksi oksidasi-reduksi menjadi senyawa

karbon dengan derajat oksidasi yang lebih tinggi. Pada makhluk hidup

umumnya oksigen (O2) merupakan oksidator utama, Hasil oksidasi

sempurna seperti molekul monosakarida atau glukosa menjadi CO2 + H2O.

Sebagian dari proses ini kita kenal terjadi di dalam organel sel mitokondria.

Pokok-pokok bahasan

9.1 Biokonversi energi

9.2 Mitokondria mengkonversi energi kimia menjadi ATP

9.3 Kloroplas mengkonversi energi foton cahaya menjadi energi kimia

9.1 Biokonversi energi

Organel sel mitokondria dan kloroplas merupakan organel penting sebagai

biokonversi enerji. Ternyata proses-proses biokimia di dalam sel

135

Rangkuman Metabolisme di dalam kloroplas terjadi yang kita kenal sebagai proses fotosintesis dimana molekul H2O mengalami proses fotolisis dengan menyerap enerji foton dari cahaya dan proses fiksasi CO2 menjadi glukosa dan karbohidrat melalui proses siklus Calvin-Benson yang dikenal sebagai reaksi gelap. Proses fotosintesis ini difahami sebagai proses konversi enerji dari enerji cahaya atau enerji foton dirubah menjadi enerji kimia dalam berntuk molekul glukosa-karbohidrat. Persamaan reaksi sederhana biokimia pada fotosintesis dapat kita tuliskan sebagai : CO2 + H2O →O2 + glukosa (enerji dalam bentuk kimia) Metabolisme di dalam mitokondria kita kenal sebagai proses respirasi yang terjadi dalam beberapa tahapan dimana enerji kimia hasil fotosintesis diubah menjadi enerji ikatan kimia yang kita kenal sebagai enerji dalam bentuk Adenosin TriFosfat (ATP) yang siap digunakan untuk metabolisme di dalam sel. Persamaan reaksi sederhana biokimia pada fotosintesis dapat kita tuliskan sebagai : O2 + glukosa→ CO2 + H2O + enerji Dari kedua persamaan sederhana biokimia tersebut sesungguhnya adalah persamaan kimia yang bolak-balik dan berlaku hukum termodinamika yang kita kenal sebagai enerji tidak bisa diciptakan dan hanya dapat dirubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. .

DAFTAR PUSTAKA Alberts, B., Bray, D.,Hopkin,K, Johnson,A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. and Walter, P. 2009. Essential Cell Biology, 3rd ed. Garland Science.





154

buku ajar dasar-dasar biologi sel dan molekuler

Documents