bab 1 gene tika dasar

8/18/2019 Bab 1 Gene Tika Dasar

1/42

GENETIKA DASAR

ab ini memberikan tinjauan tentang genetika dasar. Ini terfokus padaprinsip-prinsip umum mengenai genetika yang terjadi pada hewannormal yang sehat. Pengecualian atau penyimpangan dari prinsip-

prinsip ini seringkali merupakan landasan tentang penyakit-penyakit

keturunan, yang akan didiskusikan pada bab-bab berikutnya.

B

Kromosom

Jika biak sel darah putih yang membelah dengan cepat diperlakukandengan alkaloid kolkisin (yang menghentikan pembelahan sel), dan seltersebut kemudian diwarnai dan dilihat di bawah mikroskop cahaya,struktur yang disebut kromosom menjadi dapat dilihat secara jelas.Kromosom tersebut tersebar secara acak dalam kelompok-kelompok, dansetiap kelompok mengandung semua kromosom yang hanya berasal darisatu sel. Area genetika yang terkait erat dengan kromosom dinamakansitogenetika.

Untuk mempelajari kromosom secara lebih mendalam, sekelompokkromosom dipilih dan difoto untuk diperoleh gambarnya, sepertiditunjukkan hasilnya pada Gambar 1.1a. Tiap unit pada gambar tersebutterdiri atas dua struktur seperti batang yang digabung bersama pada satutitik sempit. Tiap struktur seperti batang itu adalah kromatid, danpenyempitan tersebut adalah sentromer. Dua kromatid yang digabung padasentromer baru saja terbentuk dari satu kromosom asli. Jika pembelahan seltadi dibiarkan terus berlangsung, sentromer akan memisah dan masing-masing kromatid yang terpisah kemudian dinamakan kromosom baru.Untuk lebih mudahnya, kita bicara tentang tiap pasang kromatid yang

Genetika Dasar - 1


2/42

digabung pada sentromernya sebagai satu kromosom, yang sebenarnyamerupakan kromosom yang baru saja menimbulkannya.

Dari hasil cetakan fotograf, semua kromosom dipotong secaraindividual dengan gunting, dan selanjutnya diatur secara berurutanberdasarkan ukurannya pada selembar kertas. Pengaturan semacam inimemberikan suatu gambaran komplemen kromosom secara lengkap ataukariotipe dari satu sel (Gambar 1.1b). Apabila pengaturan kromosom

seperti di atas dilakukan pada banyak individu sehat yang normal darikedua jenis kelamin spesies mamalia atau burung, maka terdapat dua faktayang jelas: tiap spesies mempunyai kariotipe yang khas, dan dalam setiapspesies, setiap jenis kelamin mempunyai kariotipe yang khas.

Kariotipe dari spesies yang berbeda mempunyai bentuk, ukuran dan jumlah kromosom yang berbeda juga. Pada setiap spesies, semua kromosomdalam sel selalu berpasangan. Pada individu-individu dari satu jeniskelamin tertentu, kedua kromosom dari setiap pasangan mempunyai bentukdan ukuran yang sama. Pada jenis kelamin yang lain, semua kromosom jugaselalu berpasangan, tetapi ada satu pasang kromosom terdiri dari duakromosom yang bentuk dan ukurannya berbeda. Pada sepasang kromosomini, satu kromosom mempunyai bentuk dan ukuran sama seperti salah satupasang kromosom pada jenis kelamin yang disebutkan pertama.

Perbedaan kariotipe antara dua jenis kelamin tersebut merupakankunci untuk penentuan jenis kelamin. Pada mamalia, sepasang kromosomyang bentuk dan ukurannya berbeda terdapat pada jantan, dan disebutkromosom X dan Y. Satu dari semua pasangan kromosom dalam selmamalia betina, terdiri dari dua kromosom X. Jadi pada mamalia, individu

jantan adalah XY dan individu betina adalah XX. Kromosom X dan Y dikenalsebagai kromosom kelamin. Pada burung, kromosom kelamin mempunyainama yang berbeda, dan berkaitan dengan jenis kelamin, penamaannyaberlawanan dengan mamalia: dimana burung jantan adalah ZZ dan burungbetina adalah ZW. Untuk memudahkan pemahaman, kita akanmenggunakan sistem penamaan pada mamalia dalam diskusi-diskusiberikutnya, walaupun semua pernyataan dapat digunakan pada burung jika

penamaan jenis kelaminnya dibalik.Kromosom selain kromosom kelamin dinamakan autosom. Pada

setiap spesies, jantan dan betina mempunyai satu set autosom yang sama,dalam bentuk berpasangan. Kromosom kelamin dan autosom yang secarabersama-sama terdapat dalam satu sel disebut genom, yang merupakan totalset kromosom dalam satu sel. Genom yang terdiri dari pasangan-pasangankromosom dikatakan diploid, dan dua kromosom dalam setiap pasangandinamakan homolog . Untuk menekankan bahwa kromosom-kromosomtersebut selalu berpasangan, jumlah total kromosom dikatakan sebagai 2n,dimana n adalah jumlah pasangan. Sebagai contoh, jumlah kromosomkariotipe yang diilustrasikan pada Gambar 1.2 adalah 2n = 38. Agar dapat

2 – Pengantar ke Genetika Veteriner


3/42

mengidentifikasi setiap pasang kromosom dalam satu kariotipe, pasangan-pasangan autosom diberi label sesuai dengan aturan main yang telahdisetujui secara internasional, seperti dapat dilihat pada Gambar 1.1b. Duakromosom kelamin biasanya ditempatkan pada urutan terakhir.

(b)

A

B

C

F

E

D

Genetika Dasar - 3


4/42

Gambar 1.1. (a) Kromosom kucing jantan, sebagaimana dilihat melalui mikroskop

cahaya. (b) Kariotipe kucing jantan, sebagaimana diperoleh denganpenataan kembali potongan kromosom secara individu dari cetakanfotografi kromosom (a).

Untuk menjelaskan kariotipe secara lebih lengkap, kromosomseringkali dikelompokkan menurut apakah sentromer berada pada satuujungnya (akrosentrik), lebih dekat ke satu ujung daripada ujung lainnya(sub-metasentrik) atau di tengah (metasentrik). Pada buku ini, kita akanmengikuti kebiasaan praktis dalam menggunakan metasentrik untukmencakup baik metasentrik maupun sub-metasentrik. Tangan pendek daritiap kromosom diberi simbul p ( petite = small = kecil), dan tangan panjangdiberi simbul q. (Jika sentromer berada di tengah kromosom, simbul daritangan yang mana yang disebut p adalah bersifat bebas (arbitrary), tetapidisetujui oleh konvensi internasional, untuk kromosom akrosentrik,misalnya autosom sapi, tidak perlu membedakan antar tangan, dan tidak

juga p atau q yang digunakan.) Penjelasan ringkas tentang kariotipe darihewan domestik disajikan pada Tabel 1.1. Kariotipe burung berbeda dengankariotipe mamalian, karena selain beberapa autosom berukuran besar,mereka memiliki banyak autosom berukuran sangat kecil yang dinamakan

mikrokromosom.

Tabel 1.1. Penjelasan ringkas mengenai karyotype dari beberapa mamalia domestik

Pasangan autosomSpesie Jumlahdiploid total

(2n= )Metacentrics Acrocentrics

Kucing, Felis catus 38 16 2

Anjing, Canis familiaris 78 0 38

Babi, Sus scrofa domesticus 38 12 6

Kambing, Capra hircus 60 0 29

Domba, Ovis aries 54 3 23

Sapi, Bos taurus 60 0 29

Kuda, Equus caballus 64 13 18Keledai, Equus asinus 62 24 6

Onta, Camelus dromedarius 74 10 62

Alpaca, Lama pacos Llama, Lama glama

74 16 20

Kelinci, Oryctolagus cuniculus 44 34 8

Pemitaan

Ketika kariotipe pertama kali ditemukan, pasangan individukromosom dapat diidentifikasi hanya berdasarkan ukuran dan bentuknya.



5/42

Sejak itu, berbagai metode pewarnaan kromosom telah dikembangkan, yangmemunculkan wilayah terang dan gelap yang dinamakan pita. Tipe utamapita tersebut secara luas diklasifikasikan sebagai G, Q, R, C, T, dan N.

Sebagai contoh pemitaan, pita-G sapi diilustrasikan pada Gambar 1.2. Karena posisi, lebar, dan jumlah pita biasanya berbeda untuk setiap pasangkromosom, tiap pasangan kromosom dapat diidentifikasi oleh pola pitanya.Dengan mempelajari banyak sel yang diperlakukan dengan cara yang sama,

dimungkinkan menggambar idiogram, yang merupakan pencerminan daripola pita yang khas untuk tiap pasang kromosom. Pita pita tersebut secaraunik diidentifikasi menurut suatu konvensi yang dikenal sebagai theInternational System for Cytogenetic Nomenclature of Domestic Animals (ISCNDA). Tiap tangan dibagi menjadi sejumlah kecil wilayah yang diberinomor secara berurutan mulai dari sentromer. Kemudian, pada tiap wilayah,pita-pita tersebut diberi nomor secara berurutan mulai yang terdekat dengansentromer. Misalnya, pita ke dua pada wilayah ke tiga dari kromosom 1pada sapi diberi simbul 132, sedangkan pita ke dua pada wilayah ke empatdari tangan panjang kromosom X adalah Xq42. Idiogram ISCNDA untuksapi diilustrasikan pada Gambar 1.3. Kariotipe berpita dari spesies domestikdiilustrasikan pada Lampiran 1.1.

Genetika Dasar - 5


6/42

Gambar 1.2. Kariotipe sapi dengan pita-G standar.



7/42

XY

Gambar 1.3. Idiogram sapi standar, yang menunjukkan baik pita-G (kiri) maupunpita-R (kanan).

Meiosis dan Mitosis

Selama beribu-ribu tahun, manusia telah menemukan dua fenomenayang berkaitan dengan penentuan jenis kelamin pada hewan: pertama,adanya keragaman pada jumlah jenis kelamin di antara anak-anak yangdilahirkan dari pasangan-pasangan orang tua; dan kedua, disampingkeragaman ini, secara keseluruhan jumlah jenis kelamin jantan dan betinakira-kira sama.

Seperti telah disebutkan di atas, perbedaan kromosom kelamin padadua jenis kelamin merupakan kunci dalam penentuan jenis kelamin. Alasanmengapa individu XX adalah betina dan XY adalah jantan juga akanditerangkan pada Bab 4. Untuk saat ini, kita hanya akan bertanya mengapa

Genetika Dasar - 7


8/42

terdapat keragaman jumlah individu XX dan XY pada anak-anak yangdilahirkan dari pasangan-pasangan orang tua, dan mengapa jumlah setiap

jenis kelamin secara keseluruhan kurang lebih sama? Jawaban tersebut dapatditerangkan dalam proses pembentukan gamet.

Meiosis

Meiosis merupakan proses pembentukan gamet dimana gamet jantan(sel-sel sperma) dibentuk di dalam testes hewan jantan, dan gamet betina(sel-sel telur) dibentuk di dalam ovarium hewan betina. Hasil utama meiosisadalah bahwa setiap sperma dan setiap telur hanya mengandung satu darisetiap pasang kromosom. Dengan mengandung separuh dari jumlahkromosom diploid, gamet dikatakan sebagai haploid. Penyatuan satusperma dengan satu telur pada saat pembuahan/fertilisasi menghasilkanzygot dengan jumlah normal kromosom diploid.

Proses meiosis berawal dari satu sel normal yang mengandung satuset kromosom diploid. Untuk menerangkan secara lebih mudah, kita akanmempertimbangkan apa yang terjadi pada satu pasang kromosom (yaitukromosom kelamin) pada satu jenis kelamin (yaitu betina), sepertidiilustrasikan pada Gambar 1.4a. Untuk membedakan dua kromosomkelamin X pada hewan betina, kita akan menyebutnya sebagai Xp ( paternal:yang berasal dari pejantan) dan Xm (maternal: yang berasal dari induk).

Meiosis terjadi dalam dua tahap. Meiosis I mulai dengan prosespenggandaan pada setiap kromosom, yang menghasilkan dua kromatididentik yang saling terpaut pada sentromer. Kemudian kromosom homolog,dalam hal ini Xp dan Xm, berdekatan satu sama lain secara vertikal ditengah sel, dalam suatu proses yang dikenal sebagai berpasangan atausinapsis. Ini difasilitasi oleh struktur protein yang disebut synaptonemalcomplex, yang menyandingkan dua homolog tersebut secara bersama.Karena setiap kromosom telah mengalami penggandaan menjadi duakromatid, maka terdapat empat kromatid yang berjajar satu dengan lainnyadi dalam sel; dua kromatid Xp dan dua kromatid Xm. Kedua kromatid Xp

masih saling terpaut pada sentromernya, demikian juga kedua kromatid Xm.Pada tahap ini, suatu proses yang disebut rekombinasi atau crossing-over terjadi, dimana kromatid homolog masing-masing pecah pada tempat yangsama, dan dalam proses penggabungan kembali, terjadi pertukaran segmen.Ini menghasilkan struktur yang nampak seperti tanda silang yang dikenalsebagai kiasmata. Untuk menyederhanakan diskusi, kita akan melanjutkanpenggunaan kromatid-kromatid tersebut sebagai Xp atau Xm, denganmenyadari bahwa, sebagai akibat terjadinya pindah silang, setiap kromatidmungkin membawa segmen-segmen dari kromatid Xp dan Xm. (Diskusilengkap mengenai implikasi genetika terjadinya pindah silang, disajikankemudian pada Bab ini.) Pada tahap berikutnya dari meiosis I, dua



9/42

sentromer tersebut ditarik ke ujung-ujung yang berlawanan atau ke arahkutub dari sel, sehingga dua kromatid Xp bergerak ke satu kutub dan duakromatid Xm bergerak ke kutub satunya lagi. Karena proses ini melibatkanterpisahnya dua kromatid yang tadinya selalu berpasangan, proses inidisebut sebagai disjungsi. Pada tahap akhir meiosis I, sel membelah menjadidua sel anak; satu sel anak mengandung dua kromatid Xp, yang masihsaling terpaut pada sentromer, dan sel anak lainnya mengandung dua

kromatid Xm, yang juga masih saling terpaut pada sentromernya.Mengikuti disjungsi pada hewan betina, hanya satu sel anak yang

terus berfungsi secara normal; sedangkan sel anak lainnya mengalamidegenerasi menjadi suatu struktur yang berwarna gelap dan tidak aktif yangdikenal sebagai tubuh polar pertama ( first polar body). Kejadian tersebut,yaitu penentuan satu di antara kedua sel anak yang terus dapat berfungsi,merupakan suatu peluang saja. Oleh karena itu, terdapat peluang yang samabesarnya antara kedua kromatid Xp atau kedua kromatid Xm untukmembentuk sel anak yang dapat terus berfungsi secara normal. (PadaGambar 1.4a., telah terjadi bahwa kromatid Xp terus dapat bertahan.)

Pada Meiosis II, dua kromatid yang berada dalam sel normal salingmenjauh (disjoin) dan selanjutnya sel tersebut membelah menjadi dua selanak, dimana setiap sel anak mengandung satu kromatid yang disebutkromosom. Sekali lagi, hanya satu dari dua sel anak tersebut yang dapatterus berfungsi; sel anak yang lain mengalami degenerasi menjadi tubuhpolar ke dua (second polar body). Dan sekali lagi, ini juga masalah peluang,yang mana dari kedua sel anak tersebut akan terus berfungsi dan yang manaakan menjadi tubuh polar ke dua.

Jelaslah bahwa pada hewan betina, dari setiap sel yang mengalamimeiosis, hanya satu gamet yang dapat terus berfungsi. Juga jelasditunjukkan bahwa tanpa melihat sel anak yang dapat terus berfungsi,semua gamet yang dihasilkan oleh hewan betina adalah sama, dimana tiapgamet mengandung satu kromosom X. Untuk alasan ini, hewan betina jugadisebut hewan berjenis kelamin homogamet.

Pada hewan jantan, proses meiosis sama seperti yang diterangkan

diatas: disjungsi yang kemudian diikuti dengan pembelahan sel dalammeiosis I, dan dalam meiosis II (Gambar 1.4b). Akan tetapi, ada duaperbedaan penting. Perbedaan pertama adalah bahwa kromosom X dan Yhanya mempunyai sedikit segmen homolog pada ujung dari satu tangannya(dinamakan pseudo-autosomal region) dimana sinapsis terjadi; untuk sisapanjangnya, tangan tersebut tidak digabung bersama. Walaupun aturanyang tidak biasa ini, disjungsi berikutnya berjalan normal, danmenghasilkan dua sel anak yang dapat berfungsi setelah meiosis I berakhir:satu sel anak mengandung dua kromatid X yang masih terpaut padasentromernya, dan satu sel anak lainnya mengandung dua kromatid Y yang

juga masih terpaut pada sentromernya. Perbedaan ke dua antara proses

Genetika Dasar - 9


10/42

meiosis pada hewan betina dan jantan adalah bahwa tubuh polar tidakdibentuk pada hewan jantan. Sebagai gantinya, kedua sel anak yangdibentuk pada akhir meiosis I mengalami pembelahan sel pada meiosis II,yang menghasilkan empat gamet (sperma) yang semuanya dapat berfungsinormal, dua di antaranya masing-masing mengandung satu kromosom Xdan dua lainnya masing-masing mengandung satu kromosom Y. Karenahewan jantan menghasilkan dua macam gamet yang berbeda, hewan ini juga

disebut hewan berjenis kelamin heterogamet.



11/42

Sel parental

(a)

Tiap kromosom mereplikasi-diri membentuk dua kromatid

yang terikat pada sentromer

Disjunction

Chiasmata tampak

Polar body prtm

Sel-membelah

Kromosom homologbersynapsis

Sel-membelah

Dis unction

Polar body kedua

S

O S I

M E I

I I

S

O S I

M E I

I

Genetika Dasar - 11


12/42

(b)

Gambar 1.4. Meiosis pada betina (a) dan pada jantan (b), yang diilustrasikan dalamhal kromosom kelamin. Dengan pengecualian pemasangan tak biasapada jantan, proses yang persis sama terjadi untuk semua pasanganautosom.

Setelah proses pembentukan gamet, tahap berikutnya adalahpembuahan (fertilisasi) yang hasilnya, pada umumnya, juga merupakanfaktor peluang.

M E I O S I S I I

M E I O S I S I

Sel parental

Tiap kromosom mereplikasi-diri membentuk dua

yang terikat pada se

kromatid

ntromer

Disjunction

Sel-membelah

X dan Y bersynapsis dipseudo-autosomal region

Sel-membelah

Disjunction



13/42

Peluang dan Keragaman

Karena semua gamet betina mengandung satu kromosom X, peluangsatu gamet betina mengandung kromosom X adalah satu. Akan tetapi,hewan jantan menghasilkan gamet yang mengandung kromosom X dangamet yang mengandung kromosom Y dengan jumlah sama. Oleh karenaitu, ada peluang ½ bahwa sperma tertentu membawa kromosom X dan

peluang yang sama bahwa sperma membawa kromosom Y. Ini berartibahwa peluang untuk menghasilkan zigot XY adalah 1 X ½, yang samadengan ½. Dengan cara yang sama, peluang untuk memperoleh zigot XXadalah 1 X ½ = ½. Kita dapat menunjukkan hasil pendugaan yang demikiandengan menggunakan suatu cara yang dinamakan checkerboard atau Punnettsquare, dimana proporsi pada bagian kolom (gamet jantan) dikalikandengan proporsi pada bagian lajur (gamet betina), sehingga menghasilkanproporsi anak yang diharapkan pada bagian tengah checkerboard:

Gamet jantan½ X ½ Y

Gamet betina semua X ½ XX ½ XY

Sekarang kita telah mengetahui bagaimana meiosis dapatmenghasilkan proporsi yang diharapkan dari setiap jenis kelamin, yangmerupakan satu dari hasil observasi kita sendiri. Bagaimana kita dapatmenerangkan hasil observasi kita yang ke dua, dengan mempertimbangkanadanya keragaman jumlah setiap jenis kelamin diantara anak-anak yangdihasilkan dari pasangan-pasangan orang tua yang berbeda? Ini hanyalahmerupakan satu fakta yang memungkinkan kita dapat menerangkanadanya keragaman itu: tiap fertilisasi merupakan satu kejadian independen.Dengan cara ini kita dapat mengartikan bahwa tanpa mengetahui apakahsperma yang membawa kromosom X atau Y berhasil membuahi telur, hasil

fertilisasi itu tidak berpengaruh pada fertilisasi berikutnya, walaupunfertilisasi tersebut terjadi pada saat yang hampir bersamaan. Sebagai contoh,pada hewan betina yang menghasilkan empat ovum, peluang bahwa ovumterakhir dibuahi oleh sperma yang membawa Y adalah ½ tanpa peduli jenissperma yang mana yang membuahi ovum lainnya. Pada kenyataannya,urutan jenis kelamin, misalnya JJBJ, seharusnya sama dengan uirutanlainnya, misalnya BBBB.

Sekarang kita telah dapat memberikan penjelasan yang cukup untuksetiap observasi yang diterangkan terdahulu. Dalam hal ini, kita telahmendiskusikan kromosom, penurunan sederhana dan peluang, yangmasing-masing merupakan dasar untuk dapat memahami ilmu genetika.

Genetika Dasar - 13


14/42

Untuk dapat melengkapi siklus reproduksi yang telah kita singgung ketikamendiskusikan meiosis, kita perlu membicarakannya, melalui proses yangdikenal sebagai mitosis, mulai dari zigot sampai dewasa yang dapatmenghasilkan gametnya sendiri.

Mitosis

Perkembangan zigot mulai dari bersel satu sampai menjadi dewasayang mempunyai banyak sel melibatkan suatu mekanisme dimana jumlahsel dapat berkembang biak secara cepat, yang dijamin bahwa setiap sel yangdihasilkan hanya mempunyai satu set kromosom yang persis sama sepertiyang dipunyai zigot bersel satu. Mitosis merupakan mekanisme yangmenerangkan kejadiannya. Untuk memudahkan pemahaman, kita hanyaakan mempertimbangkan dua kromosom (yaitu kromosom kelamin) padahewan jantan; tetapi proses yang terjadi persis sama untuk semuakromosom baik dari hewan jantan maupun betina.



15/42

Gambar 1.5. Mitosis pada jantan, yang diilustrasikan dalam hal kromosom kelamin.Proses tersebut persis sama untuk semua kromosom, dan dalam semuasel dari tiap jenis kelamin.

Seperti ditunjukkan pada Gambar 1.5, mitosis berawal ketika tiapkromosom menggandakan diri/dupliaksi untuk membentuk dua kromatidyang masih terpaut pada sentromernya. Tiap kromosom yang digandakanbergerak menuju ke tengah sel tetapi tidak seperti pada proses meiosis,mengalami sinapsis dengan homolognya. Tahap ini, yang disebut metafase,merupakan satu-satunya tahap dimana kromosom dapat dilihat. Olehkarena itu, kariotipe merupakan kromosom pada tahap metafase. Setelahmetafase, sentromer terbagi dua dan kedua kromatid memisah (disjoin),yang masing-masing menuju ke tiap kutub di dalam sel. Satu pembelahanterjadi di bagian tengah sel dan selanjutnya dua sel anak terbentuk, dimanatiap sel anak mengandung kedua kromosom X dan Y. Dengan cara ini, duasel anak mempunyai satu set kromosom yang persis sama dengan yangdipunyai sel aslinya.

Pada kedua proses meiosis dan mitosis, kita telah mengetahui bahwakromosom dapat menggandakan diri sendiri. Bagaimana kromosomtersebut dapat melakukannya? Untunglah, kita sekarang mempunyai cukuppengetahuan mengenai sifat biokimia kromosom untuk dapat menjawab

pertanyaan ini dan menerangkan juga beberapa proses lainnya.

Biokimia Sifat Keturunan

Secara kimiawi, kromosom terdiri dari banyak asamdeoksiribonukleat/deoxyribonucleic acid (DNA) dan sedikit protein yangdisebut histon. Protein ini mempunyai fungsi secara struktural dan fungsipengikatan pada saat molekul DNA membentuk informasi genetika yangditurunkan dari satu sel kepada sel anak hasil penggandaan, dan dari satugenerasi ke generasi berikutnya, melalui meiosis.

DNA

DNA terdiri atas dua rangkaian, yang masing-masing merupakanurutan nukleotida secara linier. Semua nukleotida DNA mengandung satumolekul gula (deoksiribosa) dan satu gugus fosfat. Komponen ke tiga, yaitusatu basa nitrogen, yang muncul dalam empat bentuk (adenin: A; guanin: G;timin: T; sitosin: C), yang menghasilkan mepat macam nukleotida, sepertidiilustrasikan pada Gambar 1.6a.

Basa A dan G mempunyai struktur sama dan dinamakan purin; Tdan C mempunyai struktur sama dan dinamakan pirimidin. Satu rangkaiannukleotida dihubungkan bersama dengan ikatan kovalen antara fosfat pada

Genetika Dasar - 15


16/42

karbon 5' dari satu nukleotida dan OH pada karbon 3' dari nukleotida didekatnya, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.6b. Itu berarti bahwaserangkaian DNA mempunyai 5'-fosfat pada satu ujungnya (dinamakanujung 5') dan 3'-OH pada ujung lainnya (dinamakan ujung 3').



17/42

Gambar 1.6. (a) Struktur kimia dari empat nukleotida yang merupakan pembentukDNA, (b) Struktur dasar serangkaian DNA.

Dua rangkaian yang membentuk satu molekul DNA dihubungkanoleh ikatan hidrogen yang sangat spesifik antara purin dan pirimidin (Adengan T, dan G dengan C; Gambar 1.7a), yang menghasilkan pasang basa

A:T dan G:C. Karena A hanya berikatan dengan T, dan G hanya dengan C,satu rangkaian DNA bersifat komplemen dengan rangkaian lainnya; urutanbasa pada salah satu rangkaian DNA dapat diduga berdasarkan urutan basadari rangkaian komplemennya. Konsekuensi lebih jauh dari pengaturanpasangan semacam ini adalah bahwa dua rangkaian tersebut tersusunbersama dalam bentuk heliks. Karena melibatkan dua rangkaian, susunanrangkaian yang demikian disebut heliks ganda (double-helix) (Gambar1.7b). Panjang dari sepotong DNA yang pendek biasanya diukurberdasarkan jumlah pasang basa (pb). Potongan yang lebih panjang diukurberdasarkan kilobasa ( 1kb = 1.000 basa) atau bahkan megabasa (1 Mb =1.000 kb).

Gambar 1.7. (a) Dua tipe pasangan basa pyrimidin:purin yang dibentuk oleh ikatan

hidrogen antara dua rangkaian DNA. (b) Heliks ganda DNA. Dua pitayang merepresentasikan ‘backbone’ gula-fosfat. Struktur tersebutberulang setiap 10 pasang basa.

Genetika Dasar - 17


18/42

Aspek yang paling penting dari struktur molekul DNA adalah bahwamodel ini diharapkan dapat menerangkan mekanisme replikasi. Apabilasusunan heliks ganda mulai terurai yang diawali dari satu ujung molekulDNA sehingga dua rangkaian penyusunnya saling memisah diri, makanukleotida-nukleotida yang sesuai dan telah tersedia dalam sel akandiikatkan dengan basa-basa pada setiap rangkaian yang tidak sedangberpasangan, yang selanjutnya membentuk satu rangkaian baru dan

merupakan rangkaian komplemen bagi tiap-tiap rangkaian aslinya. Jadi,pada saat pemisahan dua rangkaian terus berlanjut (Gambar 1.8), dua heliksganda akan dihasilkan dari satu heliks ganda aslinya; DNA telah direplikasi.Pembentukan tiap rangkaian baru oleh penambahan nukleotida diselesaikandengan bantuan enzim DNA polimerase. Akan tetapi, enzim ini dapatmenambah nukleotida hanya pada ujung 3´ dari rangkaian yang sedangmemanjang, yang berarti bahwa replikasi hanya dapat terjadi dengan arah 5´ke 3´. Konsekuensinya, satu rangkaian baru (Gambar 1.8 atas) disintesissecara berurutan, sedangkan rangkaian lainnya (Gambar 1.8. bawah)dibentuk melalui potong kecil-kecil (dinamakan Okazaki fragments) yangmasing-masing disintesis dengan arah 5´ ke 3´. Okazaki fragments digabungbersama secara berurutan oleh enzim lainnya yang disebut DNA ligase.Kemampuan kedua enzim ini untuk menunjukkan fungsinya telahdigunakan secara baik dalam biologi molekuler, seperti dijelaskan pada Bab2.

Gambar 1.8. Replikasi DNA.

Sekarang dengan pengetahuan tersebut di atas, pengetahuan kitamengenai struktur molekul DNA dapat dikaitkan dengan struktur



19/42

kromosom seperti yang terlihat melalui mikroskop. Panjang total DNApada sel mamalia adalah 1,74 meter, yang merupakan 7.000 kali lebihpanjang dari total panjang kromosom metafase yang diamati melaluimikroskop! Oleh karena itu, jelaslah bahwa kromosom terdiri dari DNAyang tersusun seperti benang kusut yang padat dan kuat. Ini menimbulkanpertanyaan mengenai bagaimana dua rangkaian yang membentuk molekulDNA saling memisah setiap kali kromosom mengalami replikasi diri

sendiri. Sudah barang tentu, protein histon dilibatkan dalam prosesreplikasi kromosom, tetapi mekanisme yang sebenarnya belum diketahui.Struktur DNA merupakan kunci untuk pemahaman mengenai suatu carabagaimana informasi genetika disimpan dalam kromosom, dandipindahkan ke sel dengan suatu cara sehingga menghasilkan suatupengaruh tertentu. Pada kenyataannya, urutan basa dalam satu molekulDNA mempunyai arti spesifik yang dicatat dalam bentuk kode.

Kode genetika

Protein merupakan gugusan kimia yang mempunyai berbagai macamperanan spesifik pada berbagai organisme hidup. Beberapa dilibatkandalam proses pengangkutan (misalnya hemoglobin), proses pendukung(misalnya kolagen), atau kekebalan (misalnya antibodi); beberapamerupakan enzim yang mengkatalisis reaksi-reaksi biokimia yang terjadidalam sel hidup (misalnya alcohol dehidrogenase). Beberapa berupahormon (misalnya hormon pertumbuhan); beberapa berupa reseptor untukhormon (misalnya estrogen reseptor). Beberapa mengontrol aliran molekulatau ion keluar-masuk sel (misalnya calcium release channel). Selain itu,produk-produk komersial yang umumnya diperoleh dari hewan, baik yanghampir semuanya terdiri dari protein, misalnya daging dan wul, atau yangmempunyai protein sebagai komponen penting, misalnya susu dan telur.

Protein terdiri dari satu atau lebih polipeptida, dimana tiap-tiappolipeptida terdiri dari serangkaian asam amino. Ada 20 asam amino yangberbeda. Tiap polipeptida tertentu mempunyai suatu urutan spesifik asam

amino yang menunjukkan satu set sifat kimia dan sifat fisika secara spesifik.Informasi yang diperlukan untuk menghasilkan suatu urutan asam

amino spesifik dibawa dalam bentuk kode dalam urutan basa pada satusegmen DNA. Kode ini, yang disebut kode genetika, ada sebagai tripletbasa (Tabel 1.2). Dengan 4 X 4 X 4 = 64 kombinasi triplet dan hanya 20 asamamino, jelas ada beberapa pengulangan (redundancy); pada kenyataannya,dua basa pertama dari triplet tersebut seringkali cukup untukmengidentifikasi satu asam amino tertentu, misalnya triplet GTT, GTC,GTA, dan GTG semua untuk valin. Tiga triplet (TAA, TAG, dan TGA) tidakmemberikan kode untuk semua asam amino, dan dikenal sebagai tripletstop; triplet ini mengakibatkan berakhirnya suatu rantai polipeptida. Satu

Genetika Dasar - 19


20/42

triplet lainnya (ATG) beraksi sebagai tanda start untuk sintesis polipeptida.(Ini juga menyandi untuk metionin.) DNA antara dan termasuk triplet startdan triplet stop dinamakan open reading frame atau ORF, dimana urutanbasa dibaca dalam triplet, yang masing-masing menyandi asam amino.

Tabel 1.2. Kode genetik

Tripletdalam untai

penyandiDNA1

KodonmRNA

Asam amino2 Tripletdalam untai

penyandiDNA1

KodonmRNA

Asam amino2

TTT UUU Phenylalanine(Phe; F)

TAT UAU Tyrosine(Try; Y)

TTC UUC TAC UAC

TTA UUA Leucine(Leu; L)

TAA UAA STOP

TTG UUG TAG UAG

CTT CUU CAT CAU Histidine(His; H)

CTC CUC CAC CAC

CTA CUA CAA CAA Glutamine(Gln; Q)

CTG CUG CAG CAGATT AUU Isoleucine(Ile; I)

AAT AAU Asparagine(Asn; N)

ATC AUC AAC AAC

ATA AUA AAA AAA Lysine(Lys; K)

ATG AUG START/Methionine(Met; M)

AAG AAG

GTT GUU Valine(Val; V)

GAT GAU Aspartic acid(Asp; D)

GTC GUC GAC GAC

GTA GUA GAA GAA Glutamic acid(Glu; E)

GTG GUG GAG GAG

TCT UCU Serine(Ser; S)

TGT UGU Cysteine(Cys; C)

TCC UCC TGC UGC

TCA UCA TGA UGA STOP

TCG UCG TGG UGG Tryptophan

CCT CCU Proline(Pro; P)

CGT CGU Arginine(Arg; R)

CCC CCC CGC CGCCCA CCA CGA CGACCG CCG CGG CGG

ACT ACU Threonine(Thr; T)

AGT AGU Serine(Ser; S)

ACC ACC AGC AGC

ACA ACA AGA AGA Arginine(Arg; R)

ACG ACG AGG AGG

GCT GCU Alanine(Ala; A)

GGT GGU Glycine(Gly; G)

GCC GCC GGC GGC



21/42

GCA GCA GGA GGAGCG GCG GGG GGG

Keterangan:1. Mengikuti konvensi biasa, sekuens DNA ditulis dalam DNA-equivalent of RNA, yang

adalah sekuens pada untai (penyandi) non-template.

2.

Simbol di dalam kurung setelah setiap nama asam amino adalah tiga huruf standard dan

singkatan satu-huruf.

Dilengkapi dengan kode genetika seperti ini, kita sekarang dapat

mengikuti proses yang dilibatkan dalam sintesis protein.

Sintesa protein

Seperti disajikan pada Gambar 1.9, sintesis polipeptida dimulaidengan bagian DNA yang mengurai, dan dua benang yang saling memisah.Runutan basa DNA pada satu dari benang tersebut (disebut benang tatakan/ template) bertindak sebagai tatakan untuk sintesis asam nukleatyang berbeda (asam ribonukleat, RNA, dinamakan demikian karenanukleotidanya mengandung ribosa ketimbang deoksiribosa). Sintesistersebut dikatalisis oleh enzim RNA polimerase, yang, seperti DNApolimerase, menambah nukleotida pada ujung 3' dari benang yang sedangdicetak, dengan kata lain RNA juga disintesis pada arah 5' ke 3'. Tiga dari

basa-basa RNA sama seperti DNA, dan basa ke empat, urasil (U), terbentuksebagai ganti dari timin (T). Pembentukan benang komplemen dari RNApada tatakan DNA dinamakan transkripsi (karena runutan basa dalamDNA telah ditranskrip ke RNA).

Genetika Dasar - 21


22/42

Gambar 1.9. Sitesis polipeptida pada eukaryot, dengan cara transkripsi dan translasi.

Sebelum tahap berikutnya dapat dimulai, RNA tersebut harus pindahdari inti sel, tempat kromosom berada, ke suatu struktur yang disebutribosom di dalam sitoplasma, tempat polypeptida disintesis. (Sudah barangtentu, tahap ini hanya diperlukan dalam organisme yang selnya mempunyaiinti sel, yaitu eukariot. Pada prokariot, yang tidak mempunyai inti sel,

ribosom tertempel secara langsung ke RNA bahkan sebelum transkripsiselesai.) Karena RNA tersebut di atas membawa sandi antara DNA danprotein, RNA ini disebut messenger RNA atau mRNA. Tripletnyadinamakan kodon (disajikan pada Tabel 1.2).

Seperti juga disajikan pada Gambar 1.9, tahap ke dua dari sintesisprotein melibatkan RNA tipe ke dua yang dikenal sebagai transfer RNA atau tRNA. Untuk setiap dari 20 asam amino, ada satu atau lebih tRNAspesifik yang mengikat asam amino yang sesuai dan yang mempunyaitriplet nukleotida (triplet ini dinamakan antikodon) yang bersifatkomplemen terhadap kodon mRNA. Karena bersifat komplemen, antikodontRNA berpasangan dengan kodon mRNA yang sesuai, yang membawa asamamino yang tepat ke posisinya pada rantai polipeptida. Tahap ke dua dantahap akhir dari sintesis protein ini disebut translasi, karena runutan basatersebut telah diterjemahkan (melalui sandi genetika) ke runutan asamamino.

Apakah Gen Itu?

Dari penjelasan di atas, jelaslah bahwa bagian tertentu dari DNAmenyandi polipeptida tertentu, yang dihasilkan melalui mRNA. BagianDNA termasuk semua nukleotida yang ditranskrip menjadi mRNA disebutgen struktur (Gambar 1.10).

Karena yang sebenarnya diterjemahkan menjadi polipeptida ituadalah runutan mRNA, dan karena translasi dimulai pada ujung 5' mRNA,

ada kesepakatan bahwa runutan basa dari gen ditulis sebagai DNA yangekuivalen dengan runutan mRNA, pada arah 5' ke 3'. Mengingat bahwarunutan basa dari mRNA bersifat komplemen terhadap runutan padabenang DNA yang ditranskrip, itu berarti bahwa benang DNA yangrunutannya ekuivalen dengan runutan mRNA bukanlah benang tatakan,tetapi benang yang satunya lagi. Karena alasan ini, benang bukan tatakandinamakan benang penyandi (coding ) atau sense, sedangkan benang tatakandisebut benang anti penyandi (anticoding ) atau antisense.

Dengan demikian gen struktur mencakup semua nukleotida yangsecara pasti diterjemahkan menjadi polipeptida, yaitu semuanya mulainukleotida pertama dari triplet pemulai sampai nukleotida dari triplet



23/42

pemberhenti. Tetapi itu mencakup lebih dari ini. Kenyataannya, transkripsidimulai sebelum triplet pemulai dan berakhir setelah triplet pemberhenti. Iniberarti bahwa mRNA mempunyai untranslated region pada tiap ujungnya.Daerah yang terjadi sebelum triplet pemulai (runutan pemandu/ leadersequence) adalah tempat ribosom melekat. Daerah tak-terjemahkan padaujung lainnya (runutan penjejak/trailer sequence) diperlukan untukmemproses mRNA. Definisi gen struktur mencakup bagian-bagian DNA

yang berkaitan dengan daerah-daerah tersebut. Jadi, nukleotida pertamadari gen struktur adalah nukleotida pada suatu titik tempat transkripsidimulai, yaitu pada tempat mulai transkripsi atau transcription initiationsite. Akhir dari gen struktur disebut tempat akhir transkripsi atautranscription termination site. Melalui kesepakatan, nukleotida dari genstruktur dinomori dari awal tempat mulai transkripsi, dan basa-basa yangmendahului tempat tersebut dinomori negatif, yaitu –1, –2, dan seterusnya.

Gambar 1.10. Karakteristik penting dari gen dan mRNA-nya.

Daerah pendahulu yang dekat, yaitu usptream dari, tempat mulaitranskripsi merupakan daerah penting, karena itu merupakan tempatmelekatnya RNA polimerase sebelum dimulainya transkripsi. Daerah inidisebut promoter . Ini mengandung runutan spesifik yang sangat konservatif,yaitu runutan basa yang sama atau sangat mirip yang terdapat padasebagian besar gen. Dengan mempelajari runutan pada daerah konservatifini pada banyak gen dari banyak spesies, runutan konsensus (consensussequence) dapat dihasilkan, yang terdiri atas basa yang paling sering pada

Genetika Dasar - 23


24/42


25/42

runutan yang sangat konservatif tersebut, yaitu dekat perbatasan antaraintron dan exon, juga sangat konservatif, tetapi dengan derajat yang lebihrendah.

Perbatasan tersebut dinamakan tempat penyambungan (splice site),dengan tempat pada ujung 5' disebut tempat donor (donor site) dan tempatpada ujung 3' disebut tempat penerima (acceptor site).

Gen struktur berukuran antara sekitar 1.000 basa (1kb) sampai lebih

besar dari dua juta basa (2.000kb), dengan rataan sekitar 100.000 basa(100kb). Sebaliknya, jumlah asam amino dalam polipeptida berkisar darisekitar 200 sampai sekitar 5.000, dengan rataan sekitar 330, yang berartibahwa mRNA-matang berukuran antara sekitar 600 basa (0,6kb) sampai15.000 basa (15kb), dengan rataan sekitar 1.000 basa (1kb). Jelas dari datatersebut bahwa exon hanya membentuk proporsi kecil dari gen struktur;kebanyakan DNA dalam gen struktur berupa intron. Keberadaan dari begitubanyak DNA 'non-fungsional’ tetap merupakan satu dari misteri biologiterbesar yang belum terpecahkan. Akan tetapi, kita sebaiknya tak perluheran, jika solusi terhadap misteri tersebut adalah bahwa benar-benarmempunyai fungsi penting, yang hanya sedang menunggu untukdiketemukan. (Kita telah mempunyai beberapa petunjuk, yang diantaranyaintron cenderung berfungsi sebagai pengatur jarak antara unit-unit yangberfungsi, yaitu banyak exon berkaitan dengan unit-unit berfngsi yang dapatdibuat dalam kombinasi berbeda untuk menghasilkan polipeptida berbeda.Tetapi ini bukan penjelasan yang memuaskan untuk jumlah DNA yangberada dalam introns.)

Disamping penghilangan intron, transkrip mRNA utama jugadimodifikasi dalam dua cara lain. Ujung (depan) 5'-nya dilindungi olehpenambahan bungkus-5' (5' cap), yang terdiri dari nukleotida guanin yangtermetilasi. Pada ujung lainnya, ekor poli-A ( poly-A tail) ditambahkan,yang terdiri dari nukleotida adenin yang bervariasi jumlahnya (biasanya100--200). Karena bungkus dan ekor tersebut merupakan karakteristik yangpenting dari mRNA-matang, tempat awal dan akhir pentranslasian dari genkadang-kadang disebut tempat bungkus (cap site) dan tempat poli-A ( poly-

A site). Runutan AAUAAA yang terletak 10--30 basa di depan tempat poli-Adisebut tanda poliadenilasi ( polyadenylation signal).

Jenis gen yang diterangkan di atas merupakan yang paling umum.Akan tetapi, penting disadari bahwa ada bagian DNA yang fungsi utamanyaadalah produksi, melalui transkripsi, tRNA atau ribosomal RNA (rRNA,yang merupakan penyusun utama ribosom). Itu juga dinamakan gen.Karena sejumlah besar rRNA diperlukan untuk pembentukan ribosom yangcukup untuk memenuhi setiap kebutuhan sel untuk translasi, ada ratusangen untuk rRNA di dalam genom. Mereka terbentuk dalam beberapakelompok dari gen rRNA yang berulang secara tandem. Setiap kelompokmenghasilkan nukleolus, yang merupakan struktur terpisah yang

Genetika Dasar - 25


26/42

ditemukan di dalam nukleus (lihat Gambar1.13), dan yang terutama terdiridari RNA ribosom plus enzim-enzim yang diperlukan untuk pembentukanribosom. Sekelompok gen rRNA dinamakan nucleolar organizer region (NOR).

Kita dapat menggabungkan semua tipe gen yang berbeda tersebutmenjadi definisi tunggal dengan mengatakan bahwa gen merupakanserangkaian DNA yang menghasilkan molekul RNA yang berfungsi.

Regulasi Gen

Tentunya akan ada kekacaubalauan jika semua gen ditranskrip dalamsemua sel sepanjang waktu. Kenyataannya, hanya sebagaian kecil genditranskrip pada satu waktu dalam setiap satu sel. Dari saat fertilisasisampai kematian, perkembangan dari tiap organisme hidup ditentukan olehgen yang dinyalakan atau dimatikan pada saat-saat yang tepat dalam sel-selyang tepat. Penyetelan ini diatur oleh bermacam-macam protein (kadang-kadang berkaitan dengan hormon steroid) yang melekat ke, atau dilepaskandari, runutan DNA spesifik yang seringkali sangat konservatif. Kita telahmenyebutkan tiga runutan seperti itu di dalam promoter. Runutan yangmempunyai fungsi serupa tapi yang tidak terletak di dalam promoter

dinamakan enhancer . Ini terletak di depan (upstream), di belakang(downstream) dan kadang-kadang bahkan di dalam gen struktur (yaitu didalam intron). Beberapa terletak dekat sekitar gen struktur, tetapi beberapalainnya terletak cukup jauh (20kb atau bahkan lebih).

Protein-protein pengatur yang melakukan pengontrolan terhadappentranskripsian melalui pengikatan promoter atau enhancer mempunyaisatu atau lebih runutan asam amino yang serupa (dinamakan motif-motif asam amino) yang diberi nama agak eksotik. Sebagai contoh, zinc fingermerupakan struktur yang muncul dari kejadian berulang sepasang molekulsistein yang dipisahkan oleh dua atau tiga asam amino lain, diikuti sekitar 10asam amino kemudian oleh sepasang molekul histidin, juga dipisahkan olehdua atau tiga asam amino lain. Berkombinasi dengan atom zinc, dua sisteintersebut bergandengan dengan dua histidin, dan asam amino yang

mengintervensinya membentuk lekukan seperti jari ( finger ) yang berikatandengan DNA. Contoh lainnya adalah leucine zipper , yang mengandungulangan periodik dari leusin setiap asam amino ke tujuh, yang menimbulkanheliks dengan leusin disejajarkan sepanjang satu permukaan. Dua molekulyang tersebut siap bergabung bersama (dalam suatu cara zipper yangmenciptakan dimer . Satu ujung dari dimer ini mengikat DNA.

Secara umum, itu merupakan pengikatan protein pengatur (kadang-kadang berkaitan dengan hormon steroid) ke promoter atau enhancer yangmemungkinkan RNA polimerase melekat ke promoter dari suatu gen, danyang oleh karenanya menimbulkan pengontrolan terhadap tahap pertamadalam pentranskripsian. Ini adalah cara penyalaan dan pematian gen.



27/42

Misalnya, perkembangan embrio tahap awal pertama dikontrol olehsekelompok gen segmental (yang membagi embrio yang belum terbagi-bagimenjadi segmen-segmen) dan kemudian oleh sekelompok gen homeotik (yang masing-masing menentukan nasib perkembangan dari satu segmen,misalnya hindbrain atau spinal cord). Protein yang disandi oleh gen segmentaldan homeotik mempunyai motif pengikatan DNA seperti zinc finger atauleucine zippers. Banyak dari gen-gen tersebut juga mempunyai daerah

sepanjang 180pb yang sangat konservatif, yang disebut homeobox, yangmenyandi motif pengikatan-DNA yang dinamakan homeodomain yangsangat konservatif pada seluruh eukariot. Jadi gen yang mengontrolperkembangan embrio tahap awal menyandi protein pengatur yangmenyalakan dan mematikan gen dalam cara yang terkontrol.

Contoh spesifik dari regulasi gen kemudian dalam kehidupandisajikan oleh cara estrogen mengontrol pentranskripsian gen ovalbuminpada ayam. Molekul dari hormon tersebut masuk sel dan berikatan denganprotein yang disebut reseptor estrogen. Kompleks estrogen plus reseptorkemudian mengikat ke daerah yang kira-kira 250 basa upstream dari kotakTATA dari gen ovalbumin, yang menyalakannya.

Tidak mengherankan, kelompok-kelompok gen yang semuanya perludikontrol dalam cara yang sama mempunyai daerah serupa pada promoter -nya. Daerah ini dinamakan elemen respon. Misalnya, semua gen yang perludiaktifkan oleh glukokortikoid mempunyai elemen respon glukokortikoid,tempat receptor glucocorticoid mengikat, setelah pengaktifan olehglukokortikoid. Runutan konsensusnya adalah TGGTACAAATGTTCT.

Dari diskusi di atas, jelaslah bahwa runutan pada kedua sisi suatu gen juga sama pentingnya dengan gen itu sendiri. Kenyataannya, jika kata gendigunakan terhadap gen itu sendiri, nama itu sering diambil untukmemasukkan daerah promoter dan enhancer serta daerah di antaranya.

Mutasi

Kita telah melihat bagaimana DNA mereplikasi, dan bagaimana DNAmembentuk protein. Walaupun proses yang dilibatkan sangat baik danbiasanya berlangsung sempurna, kesalahan terjadi dari waktu ke waktu.Banyak kesalahan tidak berdampak sama sekali, karena mereka diperbaikioleh mekanisme perbaikan yang dimiliki sel. Akan tetapi, kesalahan yangtak diperbaiki dalam pereplikasian DNA menyebabkan perubahan padaDNA tersebut paling tidak pada satu di antara sel anakannya. Dan karenapereplikasian DNA biasanya berlangsung sempurna, DNA yang mengalamiperubahan tersebut akan tetap diwariskan ke semua sel turunannya; sampaikesalahan berikutnya terjadi. Kesalahan yang tidak diperbaiki dalampereplikasian DNA dinamakan mutasi.

Genetika Dasar - 27


28/42

Kita akan mulai dengan mempertimbangkan point mutation (jugadisebut mutasi gen), yang melibatkan substitusi satu nukleotida dengannukleotida lainnya, atau penambahan atau penghilangan satu atau beberapanuikleotida. Tipe mutasi lainnya akan didiskusikan pada bab berikutnya.

Ada beberapa akibat mutasi gen yang mungkin berbeda. Pada satuekstrim, substitusi basa dapat mengubah triplet fungsional menjadi tripletstop (disebut mutasi nonsense). Misalnya, TAT menyandi tirosin; tetapi jika

T pada posisi ke tiga diganti dengan A, tripletnya menjadi (TAA) yangberarti stop (cek ini pada Tabel 1.2). Jika triplet stop baru tersebut terjadisebelum triplet stop biasanya, polipeptida yang dihasilkan lebih pendek daribiasanya, dan oleh karena itu mungkin tidak fungsional. Jika substitusi basamengubah triplet sehingga menyebabkan substitusi asam amino, itudinamakan mutasi mis-sense. Misalnya, mensubstitusi A untuk T padaposisi ke tiga dari CAT (histidin) menyebabkan CAA (glutamin).

Pada ekstrim lainnya, banyak substitusi basa tidak mempunyaipengaruh pada urutan asam amino dari suatu produk gen, karena tripletmutan terjadi dengan hasil asam amino yang sama seperti triplet aslinya.Mutasi yang disebut mutasi silent ini merupakan konsekuensi langsungdari pengulangan dalam kode genetika. Sebagai contoh, mensubstitusi Cuntuk T pada posisi ke tiga dari CAT (histidin) menyebabkan CAC, yangmasih menyandi histidin (cek ini pada Tabel 1.2).

Tipe mutasi gen lainnya melibatkan penghilangan atau penyisipansatu atau dua basa. Ini dinamakan mutasi frameshift , karena tiap tripletyang terjadi downstream dari tempat suatu mutasi digeser keluar dari openreading frame aslinya. Terakhir, mutasi frameshift menyebabkan urutan asamamino yang sangat berbeda downstream dari tempat mutasi. Misalnya,pertimbangkan kasus berikut (cek lagi pada Tabel 1.2):

Rangkaian penyandi asli TCCGAGTATCAGTCCCAG...Urutan asam amino Ser Glu Tyr Gln Ser Gln...

Jika basa ke dua dihilangkan, kita mempunyai:

Rangkaian penyandi mutan TCGAGTATCAGTCCCAG...Urutan asam amino Ser Ser Ile Ser Pro...

Urutan asam amino mutan jelas sangat berbeda dengan urutanaslinya. Pada beberapa kasus, satu dari triplet ‘baru’ adalah triplet stop,yang menyebabkan terminasi prematur dari proses translasi. Apakah tripletstop baru diciptakan atau tidak, sangat mungkin bahwa polipeptida mutanakan berfungsi.

Jika mutasi terjadi di dalam sel selain mereka yang menimbulkan selkelamin, maka yang demikian itu dinamakan mutasi somatik. Tahap



29/42

perkembangan dari individu ketika mutasi somatik muncul akanmenentukan jumlah total sel yang mengandung DNA mutan atau DNAterubah; makin awal mutasi terjadi, makin besar jumlah sel yangdipengaruhi.

Sebaliknya, mutasi yang terjadi di dalam sel yang menimbulkan selkelamin dikenal sebagai mutasi nutfah ( germ-line mutation), yangbarangkali menyebabkan pembentukan gamet yang mengandung DNA

terubah. Jika gamet ini berhasil dalam fertilisasi, mutasi akan diwariskan keketurunan yang dihasilkan, dalam setiap sel yang itu semua akandireproduksi.

Gen, Alel, dan Lokus

Bentuk berbeda dari bagian DNA yang berada pada tempat tertentudi kromosom dinamakan alel. Tempat atau posisi tertentu dari gen dikromosom dinamakan lokus (jamak, loki). Kata 'gen' umumnya digunakandalam hal alel atau lokus. Jika digunakan pada cara ini, arti yang cocokuntuk kata tersebut biasanya mudah dimengerti dari konteksnya.

Jika keturunan berasal dari penyatuan sperma dengan DNA normaldan sel telur dengan DNA terubah atau DNA mutan pada satu darikromosomnya, maka keturunan itu akan mempunyai satu kromosomnormal dan satu kromosom mutan, yang membentuk pasangan homologyang sesuai. Secara lebih spesifik, akan ada satu alel normal dan satu alelmutan pada lokus yang relevan. Kita akan menandai dua alel ini denganlambang B dan b masing-masing. Hewan dengan dua alel yang berbedapada lokus tertentu dikatakan bersifat heterozigot pada lokus itu.Sebaliknya, jika hewan mempunyai dua kopi alel yang sama maka hewanitu bersifat homozigot pada lokus tersebut.

Meskipun kedua hewan dapat mempunyai maksimal hanya dua alelyang berbeda pada suatu lokus, jumlah alel yang berbeda dalam populasihewan dapat jauh lebih besar dari dua. Jika lebih dari dua alel berada dalampopulasi pada lokus tertentu, maka lokus itu dikatakan mempunyai alelganda (multiple-allele).

Pewarisan Sederhana atau Mendel

Penurunan gen dari satu generasi ke generasi berikutnya dinamakanpewarisan (inheritance). Satu dari terobosan utama dalam ilmupengetahuan adalah kesadaran bahwa hasil pewarisan dapat diprediksi.Orang pertama yang memformulasikan prediksi itu adalah pendeta

Genetika Dasar - 29


30/42

Augustinian, Gregor Mendel, yang melakukan penelitiannya di Brün(sekarang Brno di Republik Czech) pada pertengahan abad lalu.

Lokus tunggal

Sebagai contoh, anggap perkawinan dari heterozigot (Bb) dengan

homozigot (bb). Ini persis sama dengan situasi pada kromosom kelamin.Sebagai akibatnya, hasil perkawinan Bb X bb dapat diterangkan dengan carayang sama seperti yang digunakan untuk pewarisan kelamin yangdidiskusikan lebih awal, dengan bantuan checkerboard:

Gamet daritetua heterosigous

½ B ½ b Gamet dari semua btetua homosigous ½ Bb ½ bb

Hasil perkawinan Bb X bb diharapkan mempunyai proporsi yangsama antara keturunan Bb dan bb. Pemisahan alel pada lokus selama meiosisdinamakan segregasi, dan rasio dari jenis keturunan yang berbeda sebagaiakibat dari perkawinan dari tetua tertentu dinamakan rasio segregasi.Untuk perkawinan Bb X bb, rasio segregasinya adalah ½ Bb : ½ bb, yangsering ditulis sebagai 1 Bb : 1 bb.

Checkerboard dapat digunakan untuk menduga hasil dari sembarangperkawinan tertentu yang melibatkan lokus tunggal. Rasio segregasi yangdiharapkan dari semua jenis perkawinan yang mungkin dengan asumsilokus tunggal terdaftar pada Tabel 1.3.

Tabel 1.3. Rasio segregasi yang diharapkan pada keturunan yang timbul dari semuatipe perkawinan yang mungkin dalam hubungannya dengan lokus autosomtunggal, sebagaimana diperoleh dari checkerboard

Tipe perkawinan Rasio segregasi

BB Bb bb

BB × BB 1 : 0 : 0

BB × Bb 1 : 1 : 0



31/42

BB × bb 0 : 1 : 0

Bb × Bb 1 : 2 : 1

Bb × bb 0 : 1 : 1

bb × bb 0 : 0 : 1

Lebih dari satu lokus

Dalam ketiadaan bukti terhadap hal yang sebaliknya, itu dianggapbahwa segresasi pada satu lokus bersifat bebas dari segregasi pada lokusyang lain. Ini merupakan asumsi yang dibuat Mendel, dan itu benar padaberbagai situasi yang diamati pada hewan saat ini. Jika segregasi pada tiaplokus bersifat bebas dari segregasi pada lokus lain, maka peluangmemperoleh gamet dengan alel tertentu (katakan B) pada lokus pertama danalel tertentu (katakan d) pada lokus ke dua merupakan produk darikemungkinan yang berkaitan dengan tiap alel secara bebas. Sebagai misal,

jika individu bersifat heterozigot pada dua lokus (BbDd), maka ada empattipe gamet yang mungkin, BD, Bd, bD, dan bd, yang akan dihasilkan denganfrekuensi sama. Hasil dari segregasi bebas pada dua lokus ditunjukkan padacheckerboard:

Gamet dari satu tetua¼ BD ¼ Bd ¼ bD ¼ bd

Gamet ¼ BD BBDD BBDd BbDD BbDd dari ¼ Bd BBDd BBdd BbDd Bbdd tetua ¼ bD BbDD BbDd bbDD bbDd lainnya ¼ bd BbDd Bbdd bbDd bbdd

Menggabungkan semua sel pada checkerboard yang mempunyaiketurunan identik, dan menyadari bahwa keturunan pada tiap sel terjadi

dengan frekuensi ¼ x ¼ = 1/16, rasio segregasinya adalah:

1 BBDD : 2 BBDd : 1 BBdd : 2 BbDD: 4 BbDd : 2 Bbdd : 1 bbDD : 2 bbDd : 1 bbdd

Meskipun checkerboard menjadi agak besar, pada dasarnya itu dapatdigunakan untuk menurunkan rasio segregasi yang diharapkan untuksemua tipe perkawinan yang melibatkan sembarang jumlah lokus yangmengalami segregasi secara bebas.

Terpaut kelamin

Genetika Dasar - 31


32/42

Pola pewarisan di atas tersebut mengilustrasikan pewarisan autosomsederhana karena pola tersebut menerangkan apa yang terjadi berkaitandengan lokus pada autosom. Akan tetapi, beberapa lokus berada padakromosom kelamin dan akibatnya mempunyai pola pewarisan yangberbeda. Lokus yang demikian dikatakan terpaut kelamin (sex-linked ). Polapewarisan lokus terpaut-X dapat diilustrasikan pada checkerboard:

Gamet jantan½ XH ½ Y

Gamet ½ XH ¼ XH XH ¼ XH Ybetina ½ Xh ¼ XH Xh ¼ XhY

(keturunan (keturunanbetina) jantan)

dan diringkas pada Tabel 1.4. Sangat sedikit jumlah lokus yangdiidentifikasi pada kromosom Y (terpaut-Y).

Tabel 1.4. Rasio segregasi yang diharapkan dari semua tipe perkawinan yang mungkin

dalam hubungannya dengan lokus terpaut-X, sebagaimana diperoleh daricheckerboard

Rasio segregasi

Diantara betina Diantara jantan

Tipeperkawinan

XH XH XH Xh XhXh XH Y XhY

XH XH × XH Y 1 : 0 : 0 1 : 0

XH Xh × XH Y 1 : 1 : 0 1 : 1

XhXh × XH Y 0 : 1 : 0 0 : 1

XH XH × XhY 0 : 1 : 0 1 : 0

XH Xh × XhY 0 : 1 : 1 1 : 1

XhXh × XhY 0 : 0 : 1 0 : 1

Pada bagian awal seksi ini ditunjukkan bahwa kadang-kadang buktiyang baik diperoleh untuk menunjukkan bahwa segregasi pada dua lokusatau lebih tidaklah semuanya bersifat bebas. Kita sekarang akan mengujimengapa hal ini terjadi.

Keterpautan ( Linkage)



33/42

Sedikitnya ada ribuan gen berbeda, tetapi hanya ada sejumlah kecilkromosom. Oleh karena itu, sangatlah jelas tiap kromosom terdiri atasbanyak gen berbeda, yang masing-masing mempunyai posisi (lokus) spesifikpada kromosom itu. Jika kromosom diwariskan sebagai unit kesatuan, makauntuk semua lokus pada kromosom tertentu, alel yang berada padakromosom itu akan selalu bersegregasi bersama. Misalnya, anggap satukromosom yang mengandung alel B pada suatu lokus dan alel D pada lokus

lainnya, dan masing-masing homolognya mengandung alel b dan d. Jikakromosom bersegregasi sebagai unit kesatuan, maka hanya dua tipe gametyang akan menghasilkan, yaitu BD dan bd, dengan frekuensi yang sama.

Pada prakteknya, kromosom tidak diwariskan sebagai unit kesatuan.Sebagai gantinya, seperti diterangkan lebih awal, rekombinasi atau pindahsilang terjadi ketika kromosom homolog mengalami sinapsis selama tahappertama meiosis. Selama sinapsis, pematahan dan penyambungan-kembalikromatid terjadi. Jika dua segmen dari kromatid yang patah menyambungkembali, kromatid itu masih akan diwariskan sebagai unit kesatuan. Akantetapi, jika patahan terjadi pada posisi yang sama pada dua kromatid yangberdekatan, maka kadang-kadang segmen tersebut mengubah pasangannya,yang membentuk kromatid rekombinan. Jika dua kromatid berasal darisatu homolog, yaitu tergabung pada sentromernya (dinamakan sisterchromatid ), pindah silang tidak mempunyai pengaruh, karena sisterchromatid merupakan kembaran dari satu sama lainnya. Akan tetapi, jika duakromatid tersebut adalah non-sister chromatid (satu dari homolognya dansatu dari yang lain), pinda silang menyebabkan pertukaran seimbang darigen antara kromosom homolog, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.11.Seberapa jauh bahwa pematahan terjadi lebih-kurang secara acak disepanjang setiap kromosom, ada hubungan langsung antara jarak nyatayang memisahkan dua lokus pada satu kromosom, dan jumlah rata-ratapinda silang di antara mereka. Sayangnya, jumlah ini tidak dapat diukursecara langsung. Akan tetapi, dengan mengobservasi keturunan dariperkawinan tertentu, kita dapat menghitung fraksi rekombinasi, yangmerupakan proporsi gamet dari satu tetua yang hanya dihasilkan dari

pindah silang selama meiosis pada tetua itu. Gambar 1.12 mengilustrasikankonsep fraksi rekombinasi, untuk dua kasus ekstrim dari keterpautansempurna dan independen, dan untuk satu contoh data aktual.

Jika dua lokus berada sangat berdekatan pada kromosom yang sama,maka fraksi rekombinasi yang diamati sangat rendah dan lokus tersebutdikatakan bersifat terpaut erat. Semakin jauh jarak dua lokus padakromosom yang sama, semakin besar peluang terjadinya pindah silang diantara keduanya, dan oleh karena itu semakin besar fraksi rekombinasinya.Untuk lokus yang terletak sangat berjauhan pada kromosom yang sama,gamet rekombinan sama frekuensinya dengan gamet non-rekombinan, yangmenyebabkan nilai fraksi rekombinasi maksimum 50%. (Alasan mengapa

Genetika Dasar - 33


34/42

frekuensi rekombinan maksimum adalah 50% merupakan bukti dariGambar 1.11, yang menunjukkan bahwa pindah silang menyebabkan duagamet rekombinan dan dua gamet non-rekombinan.) Lokus yang letaknyacukup berjauhan pada kromosom yang sama sehingga mempunyai fraksirekombinasi 50% dikatakan tak-terpaut secara efektif walaupun merekasebenarnya berada pada satu kromosom. Mereka dikatakan tak-terpautsecara efektif karena mereka bersegregasi secara bebas, seolah-olah mereka

berada pada kromosom yang berbeda.

Homolog 1

Homolog 2

non-sister kromatidpatah

Reunion dancrossing over

Non-rekombinan

Gambar 1.11. Empat tahap yang dilibatkan dalam pindah silang antara sepasangkromosom homolog.

Hubungan antara fraksi rekombinasi dan jarak antara dua lokusmemungkinkan pembuatan peta keterpautan (linkage map), dimana lokusditempatkan berdasarkan fraksi rekombinasi di antara mereka. Pada petaseperti itu, jarak antara lokus diekspresikan sebagai jarak peta (mapdistance), (dalam unit dinamakan centimorgan, cM), yang sama dengan 100kali fraksi rekombinasi. Dengan menghitung fraksi rekombinasi di antarabanyak pasangan lokus dalam spesies, kelompok dari lokus terpaut

Rekombinan

Rekombinan

Non-rekombinan



35/42

(kelompok keterpautan) menjadi dapat dimengerti. Karena lokus dalamtiap grup adalah terpaut, mereka pasti terletak pada kromosom yang sama.Dengan demikian, itu berarti bahwa jika sejumlah lokus digunakan dalamanalisis keterpautan dalam suatu spesies, jumlah kelompok keterpautansama dengan jumlah pasangan kromosom. Konstruksi peta keterpautan,yang mempunyai aplikasi praktis sangat penting, didiskusikan pada Bab 2.

Gambar 1.12. Konsep fraksi rekombinasi, yang diilustrasikan dengan checkerboard.Garis pertama dan kedua pada bagian bawah menunjukkan bahwaharapan secara teoritis untuk rekombinasi 0% dan 50%. Garis terakhirmenunjukkan beberapa data aktual, yang memberikan fraksirekombinasi 18%.

Inaktivasi

Inaktivasi-X dan kompensasi dosis

Di antara banyak warna bulu yang dilihat pada kucing, mosaik warnaoranye dan non-oranye, yang dikenal sebagai tortoiseshell (Gambar 1.13a)merupakan satu dari yang paling menarik. Rambut oranye disebabkan olehalel O yang terpaut X, yang mencegah produksi pigmen gelap (hitam dancoklat), tetapi memungkinkan produksi pigmen kuning. Rambut non-oranye

Genetika Dasar - 35


36/42

adalah karena alel normal (tipe liar/ wild-type) pada lokus yang sama, o,yang memungkinkan produksi pigmen gelap, dengan cara apapun yangditentukan oleh alel pada lokus bulu tubuh berwarna lainnya. (Lihat Bab 12 untuk informasi lebih jauh mengenai genetika warna bulu tubuh.) Karenakedua alel harus ada agar dapat menghasilkan mosaik oranye dan non-oranye, kucing tortoiseshell tentunya bersifat heterozigot, XOXo, pada lokusterpaut-X ini. Tetapi mengapa beberapa bagian dari badan tersebut

menampilkan pengaruh dari alel oranye, sedangkan bagian lainmenampilkan pengaruh dari alel non-oranye? Dan mengapa pola darioranye dan non-oranye kira-kira sama pada keseluruhan area, dan mengapamereka tersebar lebih- kurang secara acak ke seluruh bulu tubuh?

Jawaban untuk pertanyaan ini sebagian terdapat pada pengamatanlain yang pertama kali dibuat pada kucing, oleh Barr dan Bertram, yangpada tahun 1949 melaporkan bahwa nukleus dari sel syaraf yang tidakmembelah pada betina biasanya mengandung tubuh berwarna gelap,sedangkan hal yang sama pada jantan tidak (Gambar 1.13b). Tubuhberwarna gelap, yang sekarang dikenal sebagai Barr body atau kromatinsex. Walaupun itu telah diamati oleh banyak peneliti sebelumnya, Barr danBertram adalah peneliti pertama yang mencatat bahwa tubuh berwarnagelap terjadi hanya pada sel betina. Dalam upaya untuk menerangkanobservasinya, mereka menduga bahwa itu mungkin kromosom X yang telahmenjadi sangat padat dan kompak. Peneliti lain menunjukkan bahwamereka benar; Barr body, pada kenyataannya, adalah kromosom X yangterlambat mereplikasi selama mitosis.

Mengambil contoh dari pengamatan serupa pada mencit, Mary Lyonmenyatakan pada tahun 1961 bahwa kromosom X yang sangat padat dankompak yang dilihat pada sel betina merupakan hasil dari satu di antarakromosom X (dipilih secara acak) yang menjadi tidak aktif pada tiap sel darisemua embrio betina pada tahap awal dari perkembangan. Ini dikenalsebagai hipotesis Lyon. (Pada kenyataannya, sekarang telah diketahuibahwa tidak semua gen pada kromosom X yang inaktif adalah inaktif; genyang berada pada dan dekat daerah pseudo-autosomal tetap berfungsi pada

kedua kromosom X.)Karena hipotesis Lyon menyimpulkan bahwa pemilihan X untuk

inaktivasi seluruhnya bersifat acak, itu menunjukkan bahwa setiapkromosom X pada betina normal akan bersifat aktif pada kira-kira separuhdari semua sel betina.

Proses inaktivasi-X secara acak memberikan penjelasan yang cukupuntuk warna bulu tubuh tortoiseshell; tiap pola warna oranyemencerminkan sel yang diwariskan dari sel tempat di mana alel non-oranyetidak diaktifkan, dan sebaliknya. Selain itu, penyebaran pola yang nampakacak tersebut, dan area total oranye dan non-oranye yang kira-kira sama,dapat diharapkan jika X yang tak diaktifkan terpilih secara acak.



37/42

Dalam pewarisan, perlu dicatat bahwa karena kucing tortoiseshellbersifat heterozigot pada lokus terpaut-X, mereka tentunya mempunyai duakromosom X, pada kasus itu mereka semestinya betina. Kucing jantannormal, yang hanya mempunyai satu kromosom X, bisa oranye (XOY) ataubukan-oranye (XoY), tetapi tidak tortoiseshell. Jadi, dugaan yang cukupaman bahwa setiap kucing tortoiseshell adalah betina. Kejadian yang jaranguntuk tortoiseshell jantan pernah dilaporkan, tetapi mereka biasanya

berubah menjadi jantan yang tidak normal yang mempunyai kromosom Xekstra, seperti diterangkan pada Bab 4.

Hasil dari inaktivasi-X secara acak adalah bahwa setiap betina bersifatmosaik, yang terdiri atas dua populasi sel berbeda yang berasal dari sumberyang sama; pada satu populasi sel kromosom X maternal (yaitu kromosom Xyang berasal dari ibu) bersifat tidak aktif, dan pada populasi sel lain, X

paternal bersifat tidak aktif.Satu-satunya pengecualian terhadap inaktivasi-X acak yang sampai

kini tercatat terjadi pada kanguru, dimana kromosom X paternal yang tidakdiaktifkan. Alasan untuk ini tidak diketahui.

Jelaslah hasil akhir dari inaktivasi-X pada betina adalah bahwa tiap selbetina mempunyai jumlah produk gen yang sama dari gen terpaut-X sepertipada sel jantan. Jadi, inaktivasi-X merupakan mekanisme yangmenukaralihkan untuk perbedaan dalam 'dosis' gen antara jantan dan betinaberkaitan dengan gen terpaut-X. Pengaruh inaktivasi-X ini dinamakankompensasi dosis.

Genetika Dasar - 37


38/42

Gambar 1.13. (a) Seekor kucing tortoiseshell dengan totol-totol putih. Totol-totolputih tersebut karena satu alel pada lokus autosom (lihat Bab 12). (b)

Motor neurones dari nukleus hypoglossal dari kucing betina dewasa(kiri) dan kucing jantan dewasa (kanan). Tubuh yang berwarna gelappada tiap sel adalah nukleolus. Tubuh berwarna terang kecil (panah)pada sel betina adalah Barr body.

Akhirnya, perbedaan penting antara mamalia dan burung harus

dicatat: ketika inaktivasi-X tampak terjadi pada semua mamalia, inaktivasi-Ztidak terjadi pada burung. Alasan untuk ini tidak diketahui.

Perekaman (imprinting)

Inaktivasi tidak terbatas pada kromosom X saja. Pada lokus tertentu dikromosom lain, sejauh mana suatu alel diekspresikan (atau bahkan apakahitu diekspresikan semuanya) tergantung pada tetua asalnya. Ekspresiberbeda dari elel ini dinamakan perekaman genom ( genomic imprinting ).Seperti mungkin dibayangkan, ini dapat menjadi sumber frustasi dalam



39/42

upaya menetukan model pewarisan abnormalitas, karena perekaman dapatmenyebabkan pola pewarisan tak khas.

Inaktivasi akibat dari metilasi

Pada level molekuler, inaktivasi berhubungan dengan penambahangrup metil (CH3) ke molekul sitosin yang terjadi dekat dengan sisi 5´

molekul guanin, yaitu inaktivasi terkait dengan metilasi sitosin pada suatuyang disebut CpG island , dimana p kependekan dari ikatan fosfat antaradua basa yang berdekatan. Dalam individu seekor hewan, semua turunandari setiap sel tempat kejadian pertama inaktivasi mempunyai gen ataukromosom inaktif yang sama, karena setelah setiap replikasi dari rangkaianDNA termetilasi, rangkaian baru tersebut secara otomatis termetilasi padatempat CpG yang sama seperti pada rangkaian aslinya. Akan tetapi, padameiosis atau pada perkembangan embrio awal, pola metilasi diatur kembali.

Tidak semua pola metilasi merupakan satu set sepanjang kehidupanhewan. Pada kenyataannya, pada daerah yang dijadikan inaktivasi-X atauperekaman , metilasi CpG island pada promoter merupakan karakter umumdari gen inaktif, dan metilasi merupakan prasyarat untuk transkripsi banyakgen. Jadi metilasi merupakan cara lain gen diregulasi.

Tipe DNA

Walaupun pentingnya gen sudah sangat jelas, tidak semua DNAterdiri atas gen. Pada kenyataannya, hanya proporsi kecil dari genomhewan terdiri atas gen; mungkin kurang dari 10% dan mungkin hanyasekitar 1% nya. Bagaimana kita dapat mengkategorikan DNA total, dandimanakah posisi gen?

Kategori DNA yang paling umum berupa sekuen unik (unique) ataukopi tunggal (single-copy), yang kira-kira membentuk 60--70% dari genommamalia. Sekuen kopi tunggal ini tersebar di seluruh genom. Proporsi kecil

dari DNA ini sebagian besar merupakan gen.Beberapa gen terjadi dalam bentuk multigene family, yang trediri

atas sekumpulan gen yang sangat mirip atau identik, yang jumlahinidividualnya biasanya tersebar di seluruh genom, atau, dalam beberapakasus, terjadi sebagai sekelompok gen yang berdekatan. Tidaklahmengherankan, gen yang terjadi dalam bentuk multigene family adalah genyang produknya diperlukan dalam jumlah yang relatif besar, misalnyahiston, keratin, kolagen, ribosomal RNA, dan transfer RNA.

Kategori utama ke tiga dari DNA adalah repetitive DNA, yangterdiri atas kopi-kopi multiple dari sekuen tertentu yang dinamakan unitulangan (repeat unit ), yang ukurannya berkisar dari basa tunggal sampai

Genetika Dasar - 39


40/42

beberapa ribu basa. Repetitive DNA tampak meningkat kepentingannyadalam tahun-tahun terakhir ini, dengan kenyataan bahwa itu berperan padabeberapa penyakit keturunan yang penting, dan memberikan suatu alatutama untuk aplikasi praktis dalam biologi molekuler pada kesehatan danperbaikan hewan. Kita akan mendiskusikan aspek repetitive DNA ini padabab-bab berikutnya.

Ada satu kategori lain dari DNA kromosom yang sebaiknya

dinyatakan. Tersebar di seluruh genom adalah fragmen DNA kecil yangdinamakan transposable genetic element (TGE) atau jumping gene.Kepemilikan yang dapat dicatat dari TGE adalah bahwa sekuen nukleotidapada satu ujung adalah inverted repeat (atau kadang-kadang direct repeat )dari sekuen pada ujung lainnya. Pada sapi, misalnya, ada satu TGE yangberukuran 611 basa. Sekuen terminalnya adalah:

5´ GCCGGGGA...TCCCCGGC 3´3´ CGGCCCCT...AGGGGCCG 5´

Perhatikan bahwa sekuen TCCCCGGC pada ujung 3´ dari rangkaianatas merupakan suatu ulangan sekuen GCCGGGGA pada ujung lainnyadari rangkaian yang sama, hanya dalam bentuk terbalik (inverted) danberkomplemen. Satu cara lain melihat ini adalah mencatat bahwapembacaan sekuen pada rangkaian atas dari 5´ ke 3´ adalah persis samadengan pembacaan sekuen bawah dari 5´ ke 3´. Karena mereka mengandungpesan yang persis sama jika dibaca dari arah manapun, inverted repeat dikatakan sebagai palindrome (analog dengan kalimat palindrom seperti

ABLE WAS I ERE I SAW ELBA).Ulangan bersifat homolog, dan oleh karena dapat berpasangan satu

sama lain, seperti kromatid homologous berpasangan selama meiosis I. Padakasus TGE, pemasangan ulangan menyebabkan TGE itu sendiri sedangdibentuk menjadi suatu loop. Seringkali ketika ini terjadi, seluruh TGEmemotong diri dari manapun itu akan terjadi, dan bergerak ke bagianlainnya yang sama atau kromosom yang berbeda, yang kemudian TGE

menyisipkan diri melalui proses terbalik. Kadang-kadang, TGE direplikasi,dan kopi yang dihasilkan pindah ke mana-mana, meninggalkan kopi aslinyapada posisi aslinya. Seperti kita akan lihat pada Bab 10, TGE sangat pentingdalam kaitannya dengan penyebaran cepat dari multiple antibiotic resistance pada bakteri. Pada eukariot, TGE justru menyebar: ada ratusan ribu TGE didalam genom mamalia, yang mencapai 1 sampai 5 persen DNA total. Padasapi, misalnya, TGE yang dijelaskan di atas terjadi 35.000 kali. Banyak kopiTGE ini dan lainnya kehilangan kemampuannya untuk pindah dari satutempat ke tempat lainnya (transpose). Akan tetapi, TGE yang dapat pindahsendiri sangat penting, karena jika TGE menyisipkan diri ke gen struktural,itu mungkin sekali akan menginaktifkan gen itu. Alternatifnya, jika TGE



41/42

menyisipkan diri ke dalam daerah kontrol gen, itu bisa mengintervensikontrol normal, yang menyebabkan gen tersebut diekspresikan pada waktudan tempat yang kurang tepat, atau tidak diekspresikan sebagaimanamestinya. Karena pengaruhnya ini, TGE merupakan sumber mutasi penting.Mutasi yang mereka ciptakan disebut mutasi penyisipan (insertionmutation). TGE juga merupakan penyebab penting kanker, seperti kita akanlihat pada Bab 12.

Bacaan Lebih Lanjut

Umum

Alberts, B., Bray, D., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., and Watson, J. D. (1994). Molecular biology of the cell, (3rd edn). Garland Publishing, New York.

King, R. C. and Stansfield, W. D. (1990). A dictionary of genetics, (4th edn).Oxford University Press, New York.

Lewin, B. (1994). Genes V . Oxford University Press, New York.

Kromosom

Barch, M. J. (ed.) (1991). The ACT cytogenetics laboratory manual, (2nd end).Raven Press, New York.

McFeely, R. A. (ed.) (1990). Domestic animal cytogenetics, Advances inVeterinary Science and Comparative Medicine, Vol. 34. AcademicPress, San Diego.

Meiosis dan mitosis

Handel, M. A. and Hunt, P. A. (1992). Sex-chromosome pairing and activityduring mammalian meiosis. Bioessays, 14, 817--22.

Moens, P. B. (1994). Molecular perspectives of chromosome pairing atmeiosis. Bioessays, 16, 101--6.

Biokimia sifat keturunan

Jukes, T. H. (1993). The genetic code--function and evolution. Cellular and Molecular Biology Research, 39, 685--8.

Kornberg, A. and Baker, T. A. (1992). DNA replication, (2nd edn). Freeman,New York.

Apakah gen itu?

Dibb, N. J. (1993). Why do genes have introns? FEBS Letters, 325, 135--9.

Genetika Dasar - 41


42/42

Portin, P. (1993). The concept of the gene--short history and present status.Quarterly Review of Biology, 68, 173--223.

Regulasi gen

Cowell, I. G. (1994). Repression versus activation in the control of genetranscription. Trends in Biochemical Sciences, 19, 38--42.

Das, A. (1993). Control of transcription termination by RNA-binding

proteins. Annual Review of Biochemistry, 62, 893--930.Duboule, D. (ed.) (1993). Guidebook to the homeobox genes. Oxford University

Press, Oxford.Harrison, S. C. and Sauer, R. T. (ed.) (1994). Protein-nucleic acid interactions.

Current Opinion in Structural Biology, 4, 1--66.O'Halloran, T. V. (1993). Transition metals in control of gene expression.

Science, 261, 715--25.

Inaktivasi

Lyon, M. F. (1992). Some milestones in the history of X-chromosomeinactivation. Annual Review of Genetics, 26, 17--28.

Lyon, M. F. (1993). Epigenetic inheritance in mammals. Trends in Genetics, 9,123--8.

Peterson, K. and Sapienza, C. (1993). Imprinting the genome--imprintedgenes, imprinting genes, and a hypothesis for their interaction. AnnualReview of Genetics, 27, 7--31.

Tycko, B. (1994). Genomic imprinting - mechanism and role in humanpathology. American Journal of Pathology, 144, 431--43.


bab 1 gene tika dasar

Documents