I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Asam nukleat adalah polinukleotida yang terdiri dari unit-unit

mononukleotida, jika unit-unit pembangunnya dioksinukleotida maka asam

nukleat itu disebut dioksiribonukleat (DNA) dan jika terdiri dari unit-unit

mononukleotida disebut asam ribonukleat (RNA) (Eviana, 2013).

Pada hampir semua organisme, Deoxyribonucleid acid (DNA) adalah

materi genetiknya, kecuali pada beberapa bakteriophage, virus dan beberapa

tanaman yang materi genetiknya berupa Ribonucleid acid (RNA). DNA memiliki

bentuk helix ganda dari dua rantai antiparalel yang mempunyai sekuen

nukleotida yang berkomplementer. Lokasi basa saling berhadapan pada kedua

rantai, adenin hanya berpasangan dengan timin, guanin hanya dengan sitosin.

Sedangkan bentuk alami RNA adalah serat tunggal yang memiliki sekuen basa

yang komplementer dengan DNA, namun basa timin pada DNA diganti menjadi

urasil pada RNA (Fujaya, 2005).

Berdasarkan uraian di atas, maka dapat diketahui bahwa DNA sebagai

tempat materi genetik dan RNA sebagai tempat sintesis protein. Maka dari itu

praktikum

membuat model DNA dilakukan untuk memudahkan manusia memahaminya.

B. Tujuan dan Kegunaan Praktikum

Tujuan dari percobaan ini adalah mengenalkan bagaimana struktur DNA dan

menentukan jenis asam amino yang dibentuk berdasarkan kode-kode dari basa

nitrogen.

Kegunaan dari percobaan ini adalah membantu mahasiswa untuk

memahami struktur DNA dengan bantuan peraga model DNA yang telah dibuat.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. DNA

Era penemuan materi genetik telah dibuka oleh F Miescher dengan

menggunakan mikroskop sederhana, dia telah menetapkan bahwa bahan aktif

yang ada di dalam nukleus disebut sebagai nuclein. Peneliti ini belum bisa

menetapkan apakah nuclein ini kromosom ataukah DNA. Kromosom ditemukan

pada awal abad ke 19 merupakan struktur seperti benang pada nukleus sel

eukariot yang nampak pada saat sel mulai membelah. Kromosom berjumlah

diploid pada setiap selnya dan pada autosomal maupun seks-kromosom

membawa gen-gen yang berpasangan kecuali pada kromosom-Y (Fatchiyah dan

Arumingtyas, 2006).

Gambar 1. Diagram skematik kromosom, gen dan struktur heliks DNA. (Fatchiyah dan Arumingtyas, 2006).

Gen adalah unit heriditas suatu organisme hidup. Gen ini dikode dalam

material genetik organisme yang kita kenal sebagai molekul DNA atau RNA pada

beberapa virus dan ekspresinya dipengaruhi oleh lingkungan internal atau

eksternal seperti perkembangan fisik atau perilaku dari organisme itu (Fatchiyah

dan Arumingtyas, 2006).

Molekul DNA membawa informasi hereditas dari sel dan komponen

protein (molekul-molekul histon) dari kromosom mempunyai fungsi penting dalam

pengemasan dan pengontrolan molekul DNA yang sangat panjang sehingga

dapat muat didalam nucleus dan mudah diakses ketika dibutuhkan. Selama

reproduksi, Jumlah kromosom yang haploid dan material genetik DNA hanya

separuh dari masing-masing parental dan disebut sebgai genom

(Fatchiyah dan Arumingtyas, 2006).

Bukti lebih lanjut bahwa DNA merupakan materi genetik berasal dari

laboratorium ahli biokimia Erwin Chargaff. Saat itu sudah diketahui bahwa DNA

merupakan polimer dari nukleotida-nukleotida yang masing-masing terdiri atas

tiga komponen : basa nitrogen (mengandung nitrogen), gula pentosa yang

disebut deoksiribosa dan gugus fosfat. Basa nitrogen dapat berupa adenin (A),

timin (T), guanin (G), dan sitosin (C). Chargaff menganalisis komposisi basa DNA

dari beberapa organisme yang berbeda (Campbell dkk, 2008).

Pada tahun 1950, ia melaporkan bahwa komposisi dasar DNA berbeda-

beda dari satu spesies ke spesies lain. Misalnya, 30,3% nukleotida DNA manusia

mengandung basa A, sedangkan DNA dari bakteri E. coli hanya mengandung

26,0% basa A. Bukti kenekaragaman molekular di antara spesies ini yang dahulu

diduga tidak ada untuk DNA hal ini menjadikan DNA sebagai kandidat yang lebih

sesuai untuk materi genetik (Campbell dkk, 2008).

Chargaff menyadari keteraturan yang aneh pada rasio basa nukleotida

dalam satu spesies. Dalam DNA masing-masing spesies yang diteliti, jumlah

adenin kira-kira sama dengan jumlah timin, sedangkan jumlah guanin kira-kira

sama dengan jumlah sitosin. Kesamaan antara jumlah basa A dengan basa T

serta jumlah basa G dengan basa C dalam spesies apapun dikenal sebagai

aturan Chargaff (Chargaff’s rules). Dasar dari aturan ini tetap tidak dapat

dijelaskan hingga akhirnya heliks ganda ditemukan (Campbell dkk, 2008).

Ketika mengunjungi laboratorium Maurice Wilkins, Watson melihat suatu

citra difraksi sinar-X terhadap DNA yang dihasilkan oleh kolega Wilkins yang

handal, Rosalin Franklin (Campbell dkk, 2008).

Gambar 2. Foto difraksi sinar-X DNA buatan Franklin. (Campbell dkk, 2008)

Citra-citra yang dihasilkan oleh kristalografi bukanlah gambar sungguhan

dari molekul. Bercak dan sumir yang terlihat pada gambar 2 dihasilkan oleh

sinar-X yang didifraksi (dibelokkan) saat melewati serat-serat berjejer DNA hasil

purifikasi. Kristalografer menggunakan persamaan matematis untuk

menerjemahkan pola-pola semacam itu menjadi informasi tentang bentuk tiga

dimensi molekul, dan Watson tahu benar tipe-tipe pola yang dihasilkan oleh

molekul heliks. Penelitian mendalam terhadap foto difraksi sinar-X DNA oleh

Franklin tidak hanya membuat Watson mengethui bahwa DNA berbentuk heliks.

Ia juga mampu memperkirakan lebar heliks dan jarak di antara basa-basa

bernitrogen di sepanjang heliks tersebut. Lebar heliks menunjukkan bahwa heliks

tampaknya tersusun atas dua untai, bertentangan dengan model tiga untai yang

diajukan oleh Linus Pauling tak lama sebelum itu. Keberadaan dua untai itu

melahirkan istilah yang kini akrab kiat sebut sebagai heliks ganda (double helix)

(Campbell dkk, 2008).

Gambar 3. Heliks ganda pada DNA. (Campbel dkk, 2008)

B. Fungsi DNA

Substansi dasar nukleus adalah nukleoprotein yang dibangun oleh senyawa

protein dan asam nukleat. Asam nukleat yang berkaitan dengan hereditas adalah

DNA dan RNA yang bertanggung jawab terhadap sintesis protein serta

mengontrol sifat-sifat keturunan. Dengan demikian fungsi DNA yaitu (Sugiharto,

2005) :

1. Membawa informasi genetik

2. Mengontrol aktivitas baik langsung maupun tidak langsung

3. Berperan dalam proses sintesis protein

4. Membentuk RNA

C. Struktur DNA

Ada tiga struktur DNA yang dikenal selama ini. Struktur-struktur DNA

tersebut adalah sebagai berikut (Kusuma, 2010) :

1. Struktur primer

DNA tersusun dari monomer-monomer nukleotida. Setiap nukleotida terdiri

dari satu basa nitrogen berupa senyawa purin atau pirimidin, satu gula pentosa

berupa 2’-deoksi-D-ribosa dalam bentuk furanosa dan satu molekul fosfat.

Penulisan urutan basa dimulai dari kiri yaitu ujung 5’ bebas (tidak terikat

nukleotida lain) menuju ujung dengan gugus 3’ hidroksil bebas atau dengan arah

5’ 3’.

2. Struktur sekunder

Salah satu sifat biokimia DNA yang menentukan fungsinya sebagai

pembawa informasi genetik adalah komposisi basa penyusun. Pada tahun 1949-

1953, Edwin Chargaff menggunakan metode kromatografi untuk pemisahan dan

analisis kuantitatif keempat basa DNA yang diisolasi dari berbagai organisme.

Kesimpulan yang diambil dari data yang terkumpul adalah :

a. Komposisi basa DNA bervariasi antara spesies yang satu dengan spesies

yang lain.

b. Sampel DNA yang diisolasi dari berbagai jaringan pada spesies yang sama

mempunyai komposisi basa yang sama.

c. Komposisi DNA pada suatu spesies tidak berubah oleh perubahan usia,

keadaan nutrisi maupun perubahan lingkungan.

d. Hampir semua DNA yang diteliti mempunyai jumlah residu adenin yang

sama dengan jumlah residu timin (A=T) dan jumlah residu guanin yang

sama dengan jumlah residu sitosin (G=C) maka A+G = C+T yang disebut

aturan Charrgaff.

e. DNA yang diekstraksi dari spesies-spesies dengan hubungan kekerabatan

yang dekat mempunyai komposisi basa yang hampir sama.

3. Struktur tersier

Kebanyakan DNA virus dan DNA mitokondria merupakan molekul lingkar.

Konformasi ini terjadi karena kedua untai polinukleotida membentuk struktur

tertutup yang tidak berujung. Molekul DNA lingkar tertutup yang diisolasi dari

bakteri, virus dan mitokondria seringkali berbentuk superkoil, selain itu DNA

dapat berbentuk molekul linier dengan ujung-ujung rantai yang bebas.

Gambar 4. Struktur tersier (a). konformasi DNA sirkular (b).

konformasi DNA linear (Kusuma, 2010).

D. Replikasi DNA

Ada tiga jenis replikasi dari DNA (Campbel dkk, 2008) :

1. Model konservatif

Kedua unti induk menyatu lagi seteleha bertindak sebagai cetakan

untuk untai-untai baru sehingga mengembalikan heliks ganda induk.

2. Model semikonsevartif

Kedua induk molekul memisah dan masing-masing berfungsi

sebagai cetakan untuk sintesis untai baru komplementer.

3. Model dispersif

Setiap untai pada kedua molekul anakan mengandung campuran

DNA sintesis yang lama dan baru.

E. Sintesis Protein

Sintesis protein terjadi melalui dua tahap utama, yaitu transkripsi dan

translasi. Transkripsi merupakan proses penyalinan kode genetik dari DNA oleh

mRNA, sedangkan translasi merupakan penerjemahan kode genetik pada mRNA

oleh tRNA (Kusuma, 2010).

Sintesis protein merupakan proses yang rumit dan memiliki pengaturan yang

sangat kompleks serta berlangsung dalam kecepatan yang tinggi. Meskipun

demikian, secara ringkas tahap-tahap dalam sintesis protein dapat dijelaskan

sebagai berikut (Kusuma, 2010) :

a. Kode genetik yang dibawa DNA akan disalin melalui proses transkripsi

untuk menghasilkan mRNA. Utas DNA yang ditranskripsi adalah utas

sense atau kodogen. mRNA yang dihasilkan kemudian akan menuju

sitoplasma dan bergabung dengan ribosom.

b. Asam-asam amino yang ada di sitoplasma akan diaktifkan oleh ATP dan

akan terikat dengan tRNA. Setiap tRNA hanya mengikat asam amino

yang spesifik.

c. tRNA yang telah membawa asam amino akan menuju ribosom. Antikodon

pada tRNA akan berpasangan dengan kode triplet atau kodon yang

dibawa oeh mRNA. Kodon pertama untuk dimulainya translasi ini adalah

AUG yang memberi sinyal pada peralatan penyintesis protein untuk

mentranslasi mRNA di tempat itu. Karena AUG mengkode asam amino

metionin maka sentesis rantai polipeptida juga dimulai dengan metionin.

tRNA ini akan memberika asam aminonya pada bagian ribosom dan

tRNA akan dilepas ke sitoplasma untuk mengangkut asam amino lainnya.

d. tRNA berikutnya, yang telah membawa asam amino, juga akan menuju

ribosom sesuai urutan kodon pada mRNA. tRNA ini juga

akanmemberikan asam aminonya dan bergabung dengan asam amino

pertama tadi. Begitu seterusnya sehingga akan terbentuk rantai panjang

asam amino yang disebut polipeptida. Rantai polipeptida ini pajangnya

dapat mencapai ratusan sampai ribuan asam amino.

e. Pemanjangan rantai asam amino akan berhenti jika telah sampai pada

kodon stop, yaitu UAA, UAG, atau UGA. Ketiganya merupakan kodon

terminal, yaitu kodon yang tidak berkepentingan dengan asam amino,

tetapi mengakhiri pembentukan rantai suatu polipeptida.

III. METODOLOGI PRAKTIKUM

A. Waktu dan Tempat

Praktikum membuat model DNA dilakukan pada Selasa, 22 September 2015

pukul 14.00 WITA. Adapun tempat pelaksanaannya di Laboratorium Pengelolaan

Kualitas Air Jurusan Perikanan Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan,

Universitas

Hasanuddin, Makassar.

B. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada praktikum ini adalah cutter, spidol dan gunting.

Adapun bahan yang digunakan adalah lem, kertas karton, kertas marmer (hitam,

ungu, hijau, merah, dan kuning) dan sterofom.

C. Prosedur Kerja

1. Menyiapkan alat dan bahan.

2. Menentukan jenis asam amino esensial, start kodon dan stop kodon.

3. Membentuk sterofom dengan menggunakan cutter sesuai dengan bentuk

basa nitrogen, gula pentosa dan gugus fosfat.

4. Menggunting kertas marmer sesuai bentuk pada sterofom.

5. Menempelkan kertas marmer pada sterofom yang telah dibentuk.

6. Setelah semua ditempel sesuai warna dan bentuk, kemudian

menempelkan sterofom tersebut pada kertas karton.

7. Mengurutkan model DNA mulai dari start kodon lalu jenis asam amino

esensial yang dipilih dan mengakhiri dengan stop kodon.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil

Hasil yang diperoleh dari praktikum model DNA yang kami buat sebagai berikut :

Gambar 5. Model DNA yang dibuat

1. Start kodon yang kami gunakan adalah AUG

2. Jenis asam amino esensial yang kami gunakan adalah Histidin (CAC),

Treonin (ACA) dan Lisin (AAA).

3. Stop kodon yang kami gunakan adalah UAA.

B. Pembahasan

1. Perbedaan DNA dan RNA

Dalam melakukan sintesis protein terdapat dua molekul yang bekerja,

yaitu DNA dan RNA. Adapun perbedaan dari kedua molekul tersebut

sebagai berikut :

Tabel 1. Perbedaan DNA dan RNA (Eviana, 2013).

No. Objek DNA RNA

1. Letak Inti selInti sel, sitoplasma, dan

ribosom

2. BentukPita spiral ganda (double

helix)

Pita tunggal (singel

helix)

3. Komponen gula Deoksiribosa Ribosa

4. Ukuran Sangat panjang Pendek

5. Basa nitrogenPurin : Adenin, Guanin.

Pirimidin : Timin, Sitosin.

Purin : Adenin, Guanin.

Pirimidin : Urasil,

Sitosin.

6. KadarTidak dipengaruhi oleh

kecepatan sintesis protein

Berubah-ubah menurut

kecepatan sintesis

protein

7. Fungsi

Mengendalikan faktor

keturunan dan sintesis

protein

Sintesis protein

2. Sintesis Protein

Proses sintesis protein terbagi menjadi dua tahap, yaitu transkripsi dan

translasi.

a. Transkripsi

Proses ini terjadi di sitoplasma di awali dengan melekatnya enzim

RNA Polimerse pada untaian ganda DNA sehingga ke dua untaian DNA

akan terlepas dan saling memisah. Rantai yang akan di transkripsi adalah

rantai yang berada di sebelah kanan di sebut rantai sense dan rantai

yang tidak di transkripsi atau rantai di sebelah kiri disebut rantai anti

sense. RNA polimerase akan menyusun untaian nukleotida-nukleotida

RNA lalu RNA akan mengalami pertambahan panjang seiring dengan

pembentukan pasangan basa nitrogen DNA. Pada RNA, basa pirimidin

timin akan di ganti oleh basa pirimidin urasil sehingga basa purin adenin

akan berpasangan dengan basa pirimidin urasil dan basa purin guanin

tetap akan berpasangan dengan basa pirimidin cytocin. Setelah itu,

untaian DNA yang terpisah tadi akan kembali seperti semula dan enzim

RNA polymerase akan terlepas lalu terbentuklah mRNA yang membawa

pesan atau kode genetik. Setiap tiga urutan basa nitrogen pada

nukleotida mRNA di sebut dengan kodon. Misalnya (Fatchiyah dan

Arumingtyas, 2006) :

TAC GTG TGT TTT ATT rantai sense DNA

AUG CAC ACA AAA UAA mRNA

b. Translasi

mRNA yang membawa kode genetik atau kodon akan masuk ke

dalam ribosom. Lalu molekul-molekul tRNA akan mengikat dan membawa

kode asam amino ke dalam ribosom. Ujung tRNA mngandung anti kodon

berupa triplet basa nitrogen, sedangkan ujung yang lain membawa satu

jenis asam amino dari sitoplasma. Asam amino tersebut akan diaktifkan

oleh tRNA dengan memasangkan kodon dengan anti kodon

(Fatchiyah dan Arumingtyas, 2006).

Tahap penerjemahan kodon satu demi satu sehingga dihasilkan

asam-asam amino. Asam-asam amino yang telah terbentuk di hubungkan

dengan ikatan peptida membentuk polipeptida. Tahap penerjemahan

akan berakhir ketika antikodon tRNA bepasangan dengan kodon stop

yang di bawa oleh mRNA. Dengan demikian, rantai polipeptida tersebut

akan membentuk protein. Misalnya (Fatchiyah dan Arumingtyas, 2006) :

AUG CAC ACA AAA UAA mRNA

3. Tabel Asam Amino

Tabel 2. Tabel Asam Amino

Asam Amino Kodon Asam amino Kodon Alanin GCU, GCC, GCA,

GCG Leusin UUA, UUG, CUU,

CUC, CUA, CUG Arginin CGU, CGC, CGA,

CGG, AGA, AGG Lisin AAA, AAG

Asparagin AAU, AAC Metionin AUG Asam

aspartat GAU, GAC Fenilalanin UUU, UUC

Sistein UGU, UGC Prolin CCU, CCC, CCA, CCG

Glutamin CAA, CAG Serin UCU, UCC, UCA, UCG, AGU,AGC

Asam glutamat

GAA, GAG Treonin ACU, ACC, ACA, ACG

Glycine GGU, GGC, GGA, GGG

Trpytophan UGG

Histidin CAU, CAC Tirosin UAU, UAC UAU, UAC

Isoleusin AUU, AUC, AUA Valin GUU, GUC, Start AUG, GUG Stop UAG, UGA, UAA

V. PENUTUP

A. Simpulan

Kromosom tersusun dari DNA dan protein. DNA merupakan molekul yang

menyimpan informasi genetik (genom). Genom DNA tersusun atas gen gen.

Dengan kata lain gen adalah fragmen DNA di dalam kromosom. Ekspresi gen

merupakan proses di mana informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan

menjadi urutan asam amino selama sintesis protein.

Pada sintesis protein untuk menghasilkan ekspresi gen tertentu melalui

serangkaian proses yang sangat kompleks terbagi atas proses transkripsi dan

translasi. Proses sintesis protein dimulai dari AUG yang mengkode asam amino

metionin, CAC yang mengkode asam amino histidin, ACA yang mengkode asam

amino treonin, AAA yang mengkode asam amino lisin, dan akhir dari sintesis

protein yaitu kodon stop UAA.

B. Saran

Ketika menjalani praktikum ada baiknya ditunjang dengan peralatan

praktikum yang memadai agar praktikum lebih memahami kegiatan praktikum.

Selain itu pada saat praktikum seharusnya kita melakukan praktik untuk model

DNA pada ikan agar kami sebagai praktikan mampu menguasai atau paling tidak

mengetahui hal tersebut baik secara teori maupun praktik.

DAFTAR PUSTAKA

Campbel, N. A., J. B. Reece, L. A. Urry, M. I. Cain, S. A. Wasserman, P. V.Minorsky, R. B. Jackson. 2008. Biologi Edisi Kedelapan Jilid 1. Penerbit Erlangga. Jakarta.

Eviana, N. 2013. Perbedaan DNA dan RNA. Online pada (https://www.academia.edu). Diakses pada Jumat, 25 September 2015 pukul 20.00 WITA di Makassar.

Fatchiyah, E. L. Arumingtyas. 2006. Kromosom, Gen, DNA, Sintesis Protein, dan Regulasi. Online pada (http://fatchiyah.lecture.ub.ac.id). Diakses pada Sabtu, 26 September 2015 pukul 17.04 WITA di Makassar.

Fujaya, Y. 2005. Genetika dan Pengembangbiakan Ikan. Universitas Hasanuddin.

Makassar.

Kusuma, S. A. F. 2010. PCR (Polymerase Chain Reaction). Online pada (https://www.google.co.id/ pustaka.unpad.ac.id). Diakses pada Minggu, 27 September 2015 pukul 06.00 WITA di Makassar.

Sugiharto, B. 2005. Kromosom Manusia. Online pada

(https://www.google.co.id.bowo.staff.fkip.uns.ac.id). Diakses pada Sabtu, 26 September 2015 pukul 06.00 WITA di Makassar.