A. Tujuan Pembelajaran
Setelah kegiatan pembelajaran 1 ini diharapkan mampu:
1. Mendeskripsikan struktur, sifat, fungsi dan komponen dari gen, kromosom serta DNA.
2. Menganalisis hubungan struktur dan fungsi gen, kromosom dan DNA dalam penerapan prinsip pewarisan sifat makhluk hidup.
B. Uraian Materi
Gen, DNA, dan kromosom adalah materi genetik karena bertanggungjawab terhadap pewarisan sifat-sifat genetik dari induk kepada keturunannya. Materi genetik tersebut terdapat di berbagai sel di seluruh tubuh, misalnya pada sel-sel darah, sel tulang, sel gamet dan lain-lain, tepatnya materi genetika tersebut berada di dalam nukleus. Peranan materi genetika tersebut adalah untuk mengatur pewarisan sifat kepada keturunannya, misalnya mengatur bentuk rambut, warna kulit, susunan darah, dan lain-lain.
Hereditas berarti penurunan sifat-ifat genetik dari orang tua ke anaknya. Analisis secara kimiawi dari sel menunjukkan bahwa di dalam sel terdapat senyawa-senyawa organic, seperti karbohidrat, lemak, protein dan asam nukleat. Asam nukleat ini terdapat didalam nukleoplasma. Nukleoplasma adalah substansi cair yang terdapat didalam nucleus (inti sel). Dari berbagai macam asam nukleat yang ada hubungannya dengan dengan hereditas ada dua yaitu DNA dan RNA. DNA dan RNA bertanggung jawab membentuk protein serta mengontrol sifat-sifat keturunan. DNA merupakan komponen penyusun gen. DNA banyak terdapat di dalam inti sel, sedikit terdapat di mitokondria dan kloroplas. Gen yang di sebut sebagai faktor penentu dapat diketahui struktur kimianya adalah DNA.
Gen-gen yang berderet pada kromosom masing-masing mempunyai tugas khusus dengan waktu yang khusus pula. Ada gen yang aktif pada masa embrio, ada yang aktif dimasa kanak-kanak, dan ada pula yang aktif setelah dewasa.
1. Gen
Pertama kali diperkenalkan oleh Thomas Hunt Morgan, ahli Genetika dan Embriologi Amerika Serikat (1911), yang mengatakan bahwa substansi hereditas yang dinamakan gen terdapat dalam lokus, di dalam kromosom. Gen merupakan unit terkecil dari suatu makhluk hidup yang mengandung substansi hereditas, terdapat di dalam lokus gen. Gen terdiri dari protein dan asam nukleat (DNA dan RNA), berukuran antara 4 – 8 m (mikron).
Gen mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
- Mengandung informasi genetik.
- Tiap gen mempunyai tugas dan fungsi berbeda.
- Pada waktu pembelahan mitosis dan meiosis dapat mengadakan duplikasi.
-Ditentukan oleh susunan kombinasi basa nitrogen.
- Sebagai zarah yang terdapat dalam kromosom.
Gen merupakan unit terkecil materi genetik dan terdapat dalam setiap lokus yang khas pada kromosom, yang terdiri atas sepenggal DNA yang menentukan sifat individu melalui pembentukan polipeptida. Jadi, gen berperan penting dalam mengontrol sifat-sifat individu yang diturunkan. Sebagai materi hereditas, gen memiliki beberapa fungsi, antara lain:
- Sebagai zarah tersendiri yang ada pada kromosom.
- Menyampaikan informasi genetik dari induk kepada keturunannya.
-Mengatur proses metabolisme dan perkembangan
Kegiatan sel dikendalikan oleh gen di dalam inti. Pengendalian ini dilakukan dengan menyusun materi tertentu yang sesuai dengan pola gen untuk membentuk suatu rantai asam amino (polipeptida). Polipeptida tersebut difungsikan menjadi enzim yang akan mengatur reaksi metabolisme dalam sel. Walaupun demikian, gen-gen dapat diumpamakan dalam satu deretan berurutan dan teratur pada benang kromosom.
Di dalam sel tubuh, kromosom biasanya berpasangan. Sepasang kromosom merupakan homolog sesamanya, artinya keduanya mempunyai bentuk yang sama dan lokus gen-gen yang bersesuaian. Gen-gen yang terdapat pada lokus yang bersesuaian ini disebut alel. Alel dapat memiliki tugas yang sama atau berlawanan untuk suatu pekerjaan tertentu. Alel yang mempunyai tugas yang sama disebut alel homozigot. Sedangkan, alel yang tugasnya berbeda disebut alel heterozigot. Karena genotipe diekspresikan menjadi suatu fenotipe, alel dapat menyebab kan perbedaan penampilan di antara individu dalam suatu populasi. Alel adalah gen-gen yang menempati atau terletak pada lokus yang sama pada kromosom homolognya yang mempunyai tugas berlawanan untuk suatu sifat tertentu. Perhatikan gambar struktur gen berikut.
Gambar 2. Gen, DNA, dan Kromosom
Sumber: https://hastutiwibowo.wordpress.com
2. DNA (Deoxyribonucleic acid)
DNA berperan sebagai pembawa informasi genetik dari satu generasi ke generasi lain. DNA sendiri merupakan polimer besar yang tersusun atas unit-unit nukleotida (polinukleotida). Sebuah nukleotida tersusun atas:
- Gugus gula deoksiribosa (gula dengan lima atom karbon atau pentosa)
- Gugus asam fosfat (fosfat terikat pada C kelima dari gula)
- Gugus basa nitrogen (gugus ini terikat pada C pertama dari gula) Jadi dikatakan 1 nukleotida terdiri atas 1 fosfat, 1 Gula, 1 Basa nitrogen yang tersusun secara berurutan.
Gambar 3. Nukleotida
Sumber :pandani.web.id
Dari gambar polinukleotida tersebut apakah kalian dapat menghitung berapa jumlah nukleotidanya?
Molekul gula ini terikat pada basa nitrogen yang tersusun atas basa purin dan basa pirimidin. Basa purin tersusun atas guanine (G) dan adenin (A), sedangkan basa pirimidin tersusun atas timin (T) dan sitosin atau Cytosine (C). Perhatikan gambar berikut!
Gambar 4. DNA dan Polinukleotida
Sumber : https://www.siswapedia.com
Ikatan antara A-T membentuk dua ikatan hidrogen, sedangkan antara C-G membnetu tiga ikatan hidrogen. Adanya tiga ikatan hdrogen ini menghasilkan ikatan C-G lebih kuat dari ikatan A-T. Spesifikasi pasangan basa ini disebut dengan komplementaritas atau complementaryty.
Molekul DNA mempunyai sifat-sifat, antara lain:
- DNA berbagai organisme mempunyai kandungan adenine (A) yang sama dengan Timin
- (T). Perbedaan antara DNA dari spesies yang berlainan terletak antara kandungan A + T atau G + C.
- Setiap molekul DNA disusun oleh dua rantai polinukleotida. Antara kedua basa yang berpasangan terbentuk ikatan hidrogen. Adanya ikatan ini memberikan kelenturan pada DNA.
- DNA merupakan struktur yang aktif melakukan fungsi biologi.
DNA memiliki kemampuan untuk bereplikasi yaitu membentuk DNA baru yang sama persis dengan DNA asal. Terdapat 3 hipotesis replikasi DNA yaitu: replikasi konservatif, semi konservatif, dan dispersif.
Gambar 5. Mekanisme Replikasi DNA
Sumber: https://www.siswapedia.comhttps
Faktor yang dibutuhkan untuk replikasi DNA:
- Polimerase DNA : berfungsi mempolimerisasi nukleotida-nukleotida
- Ligase DNA : berperan menyambung DNA
- Primase DNA : untuk memulai polimerisasi DNA pada lagging strand
- Helikase DNA : membuka jalinan DNA double heliks
3. RNA (Ribonucleic acid)
RNA (Ribonucleic acid) merupakan polinukleotida, namun ukurannya jauh lebih pendek dari DNA, yang terdiri atas satu rantai (single heliks). Gula pentosa yang menyusun RNA adalah gula ribosa, sedangkan basa nitrogen yang menyusun RNA adalah basa purin yang terdiri atas adenin dan guanin serta basa pirimidin yang terdiri dari sitosin dan urasil. Perhatikan gambar berikut!
Gambar 6. Struktur RNA
Sumber : https://gustinerz.wordpress.com
Jenis-jenis RNA:
1) RNA duta (RNA-d)
Merupakan penghubung DNA dengan protein dan membawa pesan berupa informasi genetik dari DNA untuk membentuk protein. Berperan membawa kode genetik dari DNA berupa triplet basa yang ada pada RNA duta, atau yang disebut kodon.
2) RNA ribosom (RNA-r)
Merupakan RNA terbanyak, sekitar 83% dari RNA yang dikandung oleh suatu sel. Banyak terdapat di dalam ribosom dan berperan sebagai tempat pembentukan protein.
3) RNA transfer (RNA-t)
Berperan menterjemahkan kodon yang terdapat pada RNA-d menjadi satu jenis asam amino serta mengangkut asam amino ke permukaan ribosom pada saat translasi.
Berikut ini Gambar macam-macam RNA
Gambar 7. Macam-macam RNA
Sumber: dosenpendidikan.co.id
4. Kromosom
Segala aktivitas sel diatur oleh inti sel (nukleus). Pada saat sel aktif melakukan metabolisme, di dalam nukleus terdapat benang-benang halus seperti jala yang dapat menyerap warna. Benang-benang halus ini disebut kromatin (chromo = warna, dan tin = badan). Ketika sel akan membelah, benang kromatin menebal dan memendek, lebih mudah menyerap zat warna sehingga dapat dilihat dengan mikroskop. Benang kromatin yang menebal dan memendek ini, disebut kromosom. Setiap spesies memiliki jumlah kromosom yang khas. Kromosom tersusun atas DNA yang berkondensasi bersama.
protein histon di dalam inti sel, membentuk struktur bernama nukleosom. Sebelum sel membelah, molekul DNA dari setiap kromosom berduplikasi sehingga terbentuk lengan kromosom ganda yang disebut kromatid. Sel kelamin (sel sperma atau sel telur) hanya memiliki satu kromosom kelamin (gonosom) sehingga sel kelamin dari betina hanya memiliki gonosom X. Adapun sel kelamin jantan memiliki gonosom X atau Y yang akan menentukan jenis kelamin individu setelah terjadi fertilisasi.
a. Penggolongan Kromosom
1) Berdasarkan jenisnya, kromosom dibedakan atas:
- Kromosom badan (Autosom)
- Kromosom kelamin / kromosom seks (Gonosom)
Di dalam sel tubuh terdapat sepasang kromosom atau diploid (2n). Sepasang kromosom ini berasal dari induk betina (ovum) dan induk jantan (sperma). Masing-masing kromosom induk berjumlah (n) kromosom. Kromosom yang berpasangan tersebut, disebut kromosom homolog. Kromosom homolog adalah kromosom yang mempunyai struktur yang sama atau mempunyai lokus-lokus alel yang sama. Dalam sel tubuh manusia terdapat 23 macam kromosom homolog. Jumlah macam kromosom atau satu pasang kromosom haploid disebut genom.
Bagaimanakah cara penulisan rumus kromosom pada makhluk hidup?
∙ Pada manusia terdapat 46 kromosom, maka:
- Pada sel tubuh: 46 buah = 23 Pasang
- Pada wanita : 22AA + XX
- Pada Pria : 22AA + XY
- Pada sel Kelamin : 23 buah (kromosom tidak berpasangan)
- Pada Ovum : 22A + X
- Pada Spermatozoa: 22A + X atau 22A + Y
∙ Pada Kuda terdapat 64 Kromosom, maka:
- Pada sel tubuh: 64 buah = 32 Pasang
- Pada kuda betina : 31AA + XX
- Pada kuda jantan : 31 AA + XY
- Pada sel Kelamin: 32 buah (kromosom tidak berpasangan)
- Pada Ovum : 31A + X
- Pada Spermatozoa: 31A + X atau 31A + Y
2) Berdasarkan letak sentromer, kromosom dibedakan atas:
- Telosentrik : sentromer terletak di ujung kromosom.
- Akrosentik : sentromer terletak di dekat ujung kromosom
- Submetasentrik : sentromer dekat pada salah satu ujung kromosom
- Metasentrik : sentromer terletak di tengah-tengah kromosom
Gambar 8. Macam-macam bentuk kromosom
Sumber: https://hisham.id
b. Jumlah Kromosom
Dalam setiap makhluk hidup terdapat jumlah kromosom yang bervariasi. Jumlah kromosom yang terdapat pada berbagai organisme dapat dilihat pada tabel di bawah ini
Tabel 1. Jumlah kromosom pada makhluk hidup
Sumber :https://desybio.wordpress.com
C. Rangkuman
1. Gen, DNA, dan kromosom adalah materi genetik karena bertanggungjawab terhadap pewarisan sifat-sifat genetik dari induk kepada keturunannya.
2. Gen merupakan unit terkecil materi genetik dan terdapat dalam setiap lokus yang khas pada kromosom dan berperan penting dalam mengontrol sifat-sifat individu yang diturunkan. Sedangkan alel merupakan gen-gen yang terdapat pada lokus yang bersesuaian.
3. DNA berperan sebagai pembawa informasi genetik dari satu generasi ke generasi lain yang tersusun atas unit-unit nukleotida. Di mana sebuah nukleotida tersusun atas gugus gula deoksiribosa, gugus asam fosfat, serta basa nitrogen. Komponen penyusun basa nitrogen yang tersusun atas basa purin dan basa pirimidin. Basa purin tersusun atas guanin (G) dan adenin (A), sedangkan basa pirimidin tersusun atas timin (T) dan sitosin atau Cytosine (C).
4. DNA memiliki kemampuan untuk bereplikasi dan bertranskripsi menjadi RNA. RNA merupaka polinukleotida yang tersusun atas gula ribosa, sedangkan basa nitrogen yang menyusunnya adalah basa purin yang terdiri atas adenin dan guanin serta basa pirimidin yang terdiri dari sitosin dan urasil. Terdapat tiga jenis RNA yaitu RNA-d, RNA-t dan RNA-r.
D. Penugasan Mandiri
Buatlah model tiga dimensi struktur DNA menggunakan bahan sederhana seperti gambar di bawah ini!
E. Latihan Soal
Kerjakan semua soal di bawah ini di kertas, kemudian cocokan dengan alternatif jawaban!
1. Jelaskan 3 fungsi gen sebagai sebuah materi hereditas!
2. Sebutkan komponen penyusun nukleotida pada DNA!
3. Jelaskan pengertian dari:
a. Gen
b. Telosentrik
c. Alel
d. Kromosom Homolog
4. Jelaskan komponen penyusun basa nitrogen!
5. Jelaskan hubungan antara struktur Kromosom, gen dan DNA!
Cocokkanlah jawaban Anda dengan Kunci Jawaban yang terdapat di bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban yang benar. Kemudian, gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 1.
Nilai = 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑆𝑘𝑜𝑟 𝑃𝑒𝑟𝑜𝑙𝑒ℎ𝑎𝑛 x 100 %
𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑆𝑘𝑜𝑟 𝑀𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚
Konversi tingkat penguasaan:
90 - 100% = baik sekali
80 - 89% = baik
70 - 79% = cukup
< 70% = kurang
Apabila mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat meneruskan dengan
Kegiatan Belajar 2. Bagus! Jika masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi
Kegiatan Belajar 1, terutama bagian yang belum dikuasai.
Kunci jawaban dan Pedoman penilaian
F. Penilaian Diri
Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan jujur dan bertanggung jawab!
Bila ada jawaban "Tidak", maka segera lakukan review pembelajaran, terutama pada bagian yang masih "Tidak".
Bila semua jawaban "Ya", maka Anda dapat melanjutkan ke pembelajaran berikutnya