1

Genetika

Ilmu yang mempelajari cara-cara pewarisan sifat atau karakter dari orang tua kepada keturunan atau anak atau

generasi penerusTahap pertama dalam mempelajari genetika adalah dengan

mempelajari genetika dasar.

2

Tujuan:

• Agar setelah mengikuti kuliah genetika dasar ini mahasiswa mampu:

• 1. Memahami pewarisan karakter dari orang tua ke anak.

• 2. Memahami hubungan antara genotip dengan penyakit bawaan mendelian charácter pada suatu individu, sehingga kelak dapat melakukan penyuluhan genetika dan pencegahan penurunan penyakit genetik yang dimungkinkan

3

• Dalam genetika dasar ini kita pelajari hukum Mendel. Hukum Mendel ditemukan oleh Gregor Johann Mendel (Mendel), berdasarkan hasil penelitiannya (1856-1863) tentang penurunan karakter/sifat dari berbagai persilangan tanaman-tanaman kapri/ercis/Pisum sativum yang mempunyai perbedaan karakter yang menyolok.

• MENDEL adalah orang yang pertama kali menaruh perhatian besar dan rajin melakukan penelitian tentang cara-cara pewarisan sifat atau karakter dari orang tua ke anaknya. Beliau disebut sebagai bapak genetika.

4

• Agar dapat memahami pewarisan karakter dengan mudah, perlu diketahui beberapa istilah penting dalam genetika.

1. P, singkatan dari parental, yang berarti orang tua, terdiri atas ayah dan ibu.

2. F, singkatan dari filial, artinya keturunan. F1 berarti keturunan I; F2, berarti keturunan II dst.

3. Kromosom: suatu struktur didalam nukleus, terutama mengandung molekul DNA yang berupa dua untai polinukleotida yang membentuk pilin ganda dan menggulung rapat. Kromosom tampak jelas pada sel

yang sedang metafase & anafase. Pada setiap organisme normal di dalam satu spesies mempunyai jumlah kromosom tertentu. Manusia mempunyai 46 kromosom (diploid=2N) pada setiap sel somatiknya, yang terdiri atas 22 pasang kromosom autosom dan sepasang kromosom seks. Kromosom seks menentukan jenis kelamin seseorang (kromosom seks XX untuk perempuan dan kromosom seks XY untuk laki-laki). Kromosom juga mengandung RNA dan histon.

5

4. Gen: unit herediter atau faktor keturunan, berupa suatu segmen DNA yang menyandi suatu polipeptida/protein fungsional atau produk RNA. Gen/faktor keturunan dinyatakan dengan simbol yang berupa huruf awal dari suatu karakter/sifat.

Mis. B= simbol untuk gen biji bulat b= simbol untuk gen biji kriput Karakter bulat adalah dominan atau menang terhadap kriput,

maka diberi simbol huruf besar. Sedang karakter yg dikalahkan/resesip diberi simbol huruf kecil

5. Genotip: susunan genetik suatu individu atau organisme. Genotip suatu individu diberi simbol huruf dobel sebab jumlah

kromosom individu adalah diploid. Mis. BB: genotip untuk tanaman berbiji bulat bb: genotip untuk tanaman berbiji kriput

6

6. Homozigot: genotip individu terdiri atas gen-gen yang sama untuk setiap jenis gen (gen penentu bentuk biji, gen penentu warna bunga). mis. BB; bb; BBRR; bbrr.

7. Heterozigot: genotip individu terdiri atas gen-gen yang berlainan untuk setiap jenis gen, mis. Bb; Rr; BbRr.

8. Alel: anggota dari sepasang gen B dan b satu sama lain: alel B dan r bukan alel9. Lokus: lokasi/posisi gen pada DNA/kromosom 10. Fenotip ialah karakter/sifat yang dapat dilihat, diamati, diukur (mis.

warna, bentuk, ukuran tinggi, rendah), yang merupakan hasil interaksi antara genotip dan faktor-faktor lingkungan.

Rumus: F=G+L F= fenotip G= genotip L= lingkungan

7

• Hukum Mendel, tentang pewarisan sifat-sifat keturunan

• Mendel mencoba menyilangkan atau mengawinkan dua tanaman kapri yang mempunyai pasangan karakter atau sifat yang berbeda, kemudian mengamati karakter hibrid atau keturunannya (F1, F2, F3). Contoh, ia menyilangkan tanaman yang mempunyai perbedaan karakter:

• * bunga kuning dan hijau• * biji berkulit bulat dan dan kriput• * batang panjang dan pendek • * kulit biji putih dan abu-abu, dll.

8

• Alasan dipilih tanaman kapri:*dapat diserbukkan *mempunyai beberapa bagian tanaman yang

berbeda karakter berpasangan *pertumbuhan, reproduksi cepat => cocok sebagai

bahan penelitian • Mendel setelah menyilangkan generasi parental

(P), kemudian melakukan observasi terhadap hasil persilangannya (hibrid), seterusnya Mendel menyilangkan sesama hibrid (F1) dan melakukan observasi pada F2

9

• Kita ikuti penelitian Mendel: Persilangan monohibrid• Mendel mengambil serbuk sari tanaman

kapri berbuah kuning kemudian diserbukkan pada putik kapri berbuah hijau, ternyata semua hibrid berbuah kuning

10

• P ♂ genotip KK X ♀ kk fenotip Buah kuning buah hijau homozigot homozigot• F1 genotip Kk fenotip Buah kuning heterozigot• F1XF1 genotip♂ Kk X Kk ♀

fenotip kuning kuning heterozigot heterozigot• gamet: K & k K & k • Untuk menunjukkan F2, supaya mudah, dibuatlah diagram

perkawinan dengan kotak Punnett

11

♂ ♀

K k

K KK kuning

Kk kuning

k Kk kuning

kk hijau

12

• Karakter kedua orang tuanya (P) muncul pada F2 dengan proporsi fenotip: buah kuning : buah hijau=3 : 1

• genotip pada F2 ada 3 macam:• KK: homozigot • Kk: heterozigot • kk: homozigot MENDEL membuat postulat: Karakter warna bunga,

buah, dan bentuk biji dikontrol oleh suatu faktor, yang dipindahkan ke anak-anaknya melalui gamet-gamet. Faktor keturunan atau faktor herediter tersebut sekarang diberi nama gen.

13

• Pada filial pertama (F1), gen K dan gen k ada semua, tetapi yang tampak hanya K, sebab gen K yang dominan. Gen k tersembunyi atau tidak dapat menampilkan diri, sebab bersifat resesif. Pada hibrid F1, setiap gen dipisahkan dan dibawa oleh gamet yang berbeda. Jadi 50% gamet mempunyai gen K dan 50% gamet lagi mempunyai gen k. Filial1 ini masing-masing mempunyai 2 jenis gamet. Bila sesama F1 disilangkan, bila terdapat dominansi penuh, maka F2 akan mempunyai 4 kombinasi, dengan proporsi fenotip: 3 : 1 (25% buah kuning murni (KK), 50% buah kuning hibrid (Kk), dan 25% buah hijau murni (kk)). Ternyata individu yang berfenotip sama (mis. buah kuning), dapat memiliki genotip yang berlainan (KK dan Kk)

14

• Kesimpulan Mendel:• Pada saat individu membentuk gamet-gamet,

gen-gen/faktor-faktor herediter mengadakan segregasi, sehingga setiap gamet hanya menerima satu gen saja (Hukum segregasi atau hukum Mendel I).

• . Mendel menemukan bahwa walaupun tanaman-tanaman pada F2 75% dengan biji kuning, namun tanaman-tanaman tersebut mempunyai susunan genetik yang berbeda-beda. Buktinya: bila 1/3 dari F2 dari kelompok biji kuning disilangkan sesamanya, maka F3 semua mempunyai biji kuning. tetapi bila 2/3 yang lain dari F2 yang juga berbiji kuning disilangkan satu sama lain, hasilnya, F3, ada yang berbiji kuning dan ada yang berbiji hijau dengan perbandingan 3 : 1. bila 25% dar F2 yang berbiji hijau disilangkan satu sama lain, maka F3 semua berbiji hijau.

15

• Persilangan dihibrid: persilangan individu dengan 2 perbedaan sifat tanaman kapri berbiji bulat, warna kuning disilangkan dengan kapri berbiji kriput warna hijau

• B: gen untuk biji bulat• b: gen untuk biji kriput• K: gen untuk biji warna kuning• k: gen untuk biji warna hijau • P BBKK X bbkk♂ ♀

• bulat, kuning kriput, hijau• gamet: BK bk• F1 BbKk (bulat, kuning) Semua F1 berbiji bulat, berwarna kuning • F1 X F1 BbKk X BbKk ♂ ♀

• Bulat,kuning bulat,kuning• Gamet: BK; Bk; bK; bk BK; Bk; bK; bk

• persilangan F1 x F1 menghasilkan F2 dengan 16 kombinasi, yang memperlihatkan 4 macam fenotip: bulat,kuning; bulat,hijau; kriput,kuning; kriput,hijau.

• Kesimpulan Mendel: selama pembentukan gamet pada meiosis, anggota sepasang gen bersegregasi bebas dan berkelompok secara bebas pula.

• Prinsip ini disebut hukum Mendel II atau hukum pengelompokan gen secara bebas.

16

17

Kita lihat hasil persilangan sesama F1

♂ ♀

BK Bk bK bk

BK BBKK bl,kn

BBKk bl,kn

BbKK bl,kn

BbKk bl,kn

Bk BBKk bl,kn

BBkk bl,hj

BbKk bl,kn

Bbkk bl.hj

bK BbKK bl,kn

BbKk bl,kn

bbKK kr,kn

bbKk kr,kn

bk BbKk bl,kn

Bbkk bl,hj

bbKk kr,kn

bbkk kr,hj

• MENDELIAN CHARÁCTER • Ekspresi karakter pada manusia tampaknya

membutuhkan sejumlah besar gen dan faktor lingkungan.

• Tetapi seringkali hanya dibutuhkan satu gen saja, dan dukungan lingkungan yang sesuai , sudah cukup untuk mengekspresikan suatu karakter.

• Karakter demikian disebut: Mendelian charácter**Berkaitan dengan Mendelian charácter ini, kita akan

mempelajari pewarisan penyakit –penyakit Mendelian pada manusia.

• Penyakit Mendelian: penyakit yang disebabkan oleh gen mutan tunggal yang mempunyai efek besar terhadap fenotip, yang diwariskan melalui pola sederhana, sesuai dengan hukum Mendel (yang dideskripsikan Mendel).

• Penyakit Mendelian adalah autosomal, bila penyakit itu ditentukan oleh gen pada salah satu dari 22 pasang autosom; dan disebut penyakit terangkai seks, bila penyakit itu ditentukan oleh gen yang terangkai-X atau Y.

• Manusia selain dibatasi oleh etika, juga jumlah anak sedikit, dan waktu reproduksi lama => manusia tidak ideal untuk penelitian genetika.

• Penurunan sifat pada manusia dapat ditelusur ke belakang, dengan cara membuat diagram silsilah/pedigree.

• 1. Pewarisan autosomal dominan • 2. Pewarisan autosomal resesif • 3. Pewarisan gen terangkai-X dominan• 4. Pewarisan gen terangkai-X resesif• 5. Pewarisan terangkai-Y

• Pewarisan karakter autosomal.• Pewarisan karakter/sifat ini diekspresikan oleh gen yang

terdapat pada autosom, jadi bisa terdapat pada laki-laki maupun perempuan. Gen ini ada yang hasil ekspresinya bersifat dominan, ada yang resesif.

• 1.Pewarisan gen autosomal dominan • contoh karakter dominan: polidaktili, brakhidaktili, P.

Huntington, hiperkolesterolemia, thalasemia mayor. dentinogenesis imperfekta, anonychia, retina aplasia, katarak, lesung pipit, daun telinga bebas, warna rambut hitam

• Polidaktili: kelainan keturunan/ genetik, yang berupa tambahan jumlah jari tangan dan atau kaki (ibu jari atau kelingking), yang disebabkan oleh gen autosom P.

• genotip orang normal: pp • penderita polidaktili: PP atau Pp• contoh: pria polidaktili heterozigot menikah dengan wanita

normal, maka kemungkinan anak-anaknya menderita polidaktili 50%, normal 50%

• P Pp x pp♂ ♀

• heterozigot homozigot• polidaktili normal• sperma: P; p telur: p • F1 Pp (polidaktili) 50%• pp (normal) 50%

• 2.Pewarisan gen autosomal resesif • Karakter pada anak yang ditentukan oleh gen resesip pada

autosom baru akan tampak bila ia menerima warisan gen tersebut dari kedua orang tuanya. Biasanya orang tuanya tampak normal, walaupun sebenarnya carrier untuk gen resesip tersebut (heterozigot).

• Mis: Penyakit PKU; albinisme; cystic fibrosis; tirosinosis; alkaptonuria; kretinisme; warna mata biru; Tay-sachs

• Penyakit fenilketonuria (PKU)• Penyebab: orang tidak mempunyai gen atau gen mengalami

mutasi, sehingga penderita tidak mampu membentuk enzim fenilalanin hidroksilase (e. fenilalanin 4-mono-oksigenase). Penderita bergenotip homozigot resesip (pp). Genotip orang normal, PP; dan genotip carrier, Pp.

• Albinisme: Kelainan yang disebabkan karena tubuh tidak mampu memproduksi enzim tirosinase untuk mengubah tirosin- pigmen melanin.

• Sintesis enzim tirosinase diekspresikan oleh gen T. Jadi orang normal memiliki genotip TT atau Tt. Orang albino tidak memiliki gen T, sehingga genotipnya adalah tt. Karena orang albino tidak memiliki pigmen melanin, maka rambut berwarna putih, sedangkan kulit dan mata, berwarna ke merah-merahan karena warna darah menembus kulit.

• Diagram perkawinan antara pria dan wanita normal, yang masing-masing “carrier” untuk albino:

• P Aa X Aa ♂ ♀

• heterozigot heterozigot• normal normal • (“carrier”) (“carrier”)

F1: normal 75%, albino 25%

♂ ♀

T t

T TT Normal

Tt Normal

t Tt Normal

tt Albino

Gen terangkai kromosom sex:

• *gen terangkai-X • *genterangkai-Y• Gen terangkai-X : dominan dan resesip• lebih dari 150 kelainan pada manusia disebabkan oleh gen

terangkai-X, namun kebanyakan diturunkan oleh gen resesip.

• *Pewarisan gen dominan terangkai-X• Contoh: gigi coklat dan mudah rusak karena kurang email,

disebabkan oleh gen B yang terangkai-X. Alelnya resesip mengekspresikan gigi normal.

• Contoh diagram perkawinan pria bergigi coklat dengan wanita bergigi normal

Diagram perkawinan antara pria bergigi coklat dan wanita bergigi normal

• P ♂ XBY X XbXb ♀

• bergigi coklat bergigi normal• gamet: XB Xb• Y • F1 XBXb bergigi coklat ♀

• XbY bergigi normal♂

• Ternyata pewarisan gen terangkai-X adalah menyilang (criss-cross inheritance), dari ayah ke anak perempuan.

Pewarisan gen resesip terangkai-X• mis : buta warna merah-hijau, anodontia, hemofilia,

sindroma Lesch-Nyhan, hidrosefalus.• Buta warna merah-hijau: kelainan pada mata, tidak dapat

membedakan warna merah dan hijau. Kelainan disebabkan oleh gen resesip c terangkai-X.

• Karena gen c terangkai-X, dan perempuan mempunyai 2 kromosom X maka genotip perempuan mempunyai 3 kemungkinan:

• XCXC normal; XC Xc normal carrier; XcXc buta warna. • Sedangkan laki-laki hanya mempunyai 1 X, maka

genotipnya: XCY normal, dan XcY buta warna.

• Diagram perkawinan wanita normal homozigot dengan pria buta warna• P ♀ XCXC X XcY♂

• normal buta warna• gamet: XC Xc • Y• F1: XCXc normal (carrier) ♀

• XCY normal ♂

• Diagram perkawinan wanita butawarna dengan pria normal• P ♀ XcXc X XCY♂

• Butawarna normal• Gamet: Xc XC • Y• F1: XCXc normal (carrier)♀

• XcY butawarna♂

• Tampak sifat keturunan ayah yang normal diturunkan kepada anak perempuan dan sebaliknya sifat ibu yang butawarna diwariskan kepada anak laki-laki.

• Pewarisan demikian disebut “criss-cross inheritance”.

• Pewarisan gen terangkai-Y• Gen resesip terangkai-Y mis.: • *Gen h penyebab hipertrikosis • *Gen hg penyebab tumbuhnya rambut kaku, panjang

di dada (porcupine man) • *Gen wt penyebab tumbuhnya selaput di antara jari-

jari terutama jari kaki.• Karena gen-gen tersebut terdapat pada Y, sedangkan

yang mempunyai Y hanyalah laki-laki, maka sifat ini hanya diturunkan kepada anak laki-laki saja. Sering ditemui pada orang India, & Pakistan.

Diagram perkawinan wanita dengan pria hipertrikosis

• P ♀ XX X XYh♂

• normal hipertrikosis• gamet: X X• Yh• F1 XX normal♀

• XYh ♂hipertrikosis

• Semua anak perempuan normal, dan semua anak laki-laki hipertrikosis.

Pewarisan Mitokondrial tidak mengikuti hukum Mendel

• Beberapa enzim tertentu disandi oleh gen DNA mitokondria, mis. komplek enzim respirasi pada membran dalam mitokondria.

• DNA mitokondria, karena lokasinya di dalam sitoplasma, maka diwariskan secara maternal. Ada bukti bahwa penyakit-penyakit tertentu ditandai oleh adanya kelainan struktural dan fungsional mitokondria, mis. lemahnya otot jantung dan otot skelet. Kelainan tersebut diwariskan dalam pola maternal.

• Semua anak, baik laki-laki maupun perempuan mendapat warisan karakter tersebut, tetapi pewarisan hanya oleh ibu penyandang karakter.

• Contoh lain Penyakit mata degeneratif (atropi optik herediter) dan penyakit otot tertentu diwariskan secara maternal

• Resume• 1. Karakter/sifat keturunan, dikontrol oleh suatu faktor

herediter/gen, yang dipindahkan ke anak- anaknya melalui gamet

• 2. Pada saat individu membentuk gamet-gamet, gen-gen/faktor-faktor herediter mengadakan segregasi, sehingga setiap gamet hanya menerima satu gen saja

• 3. Selama pembentukan gamet pada meiosis, anggota sepasang gen bersegregasi bebas dan berkelompok secara bebas pula.

• 4. Pewarisan autosomal dominan: *Penyandang kelainan, paling sedikit mempunyai salah satu

orang tua penyandang kelainan tersebut. * Baik anak maupun anak dapat mewarisi kelainan ♀ ♂

tersebut.Penyandang heterozigot yang kawin dengan orang normal

mempunyai kemungkinan menurunkan kelainan sebesar 50%.

• 5. Pewarisan autosomal resesif• *Penyandang kelainan biasanya dilahirkan oleh orangtua penyandang. • *Orangtua biasanya tampak normal (tidak menunjukkan gejala, karena

carrier)• * Insiden meningkat bila terjadi perkawinan konsanguinitas. • * Anak maupun anak dapat mewarisi kelainan tersebut. ♀ ♂

• *Kemungkinan anak mewarisi sifat tersebut: 25%.• 6. Pewarisan gen terangkai-X dominan• * Anak maupun anak dapat mewarisi kelainan tsb♀ ♂

• * Anak dari ibu penyandang, 50% terkena, apapun seksnya.• * Bila ayah sebagai penyandang, semua anak mewarisi, tetapi tidak ♀

seorangpun anak mewarisi ♂

• 7. Pewarisan gen terangkai-X resesip• *Pewarisan sifat: menyilang, dari ibu ke anak dan dari ayah ke anak .♂ ♀

• 8. Pewarisan gen terangkai-Y• * Sifat diwariskan pada semua anak ♂• * Penyandang selalu mempunyai ayah penyandang ♂