GENETIKA MOLEKULER BIG201 Dosen Pembina Bambang Irawan

PENGAJAR Bambang Irawan Y. Sri Wulan Manuhara

RUANG DAN WAKTU R. 301 Hari Selasa Pukul 08.50-10.30

METODE PERKULIAHAN CERAMAH TUGAS 1 (tidak dinilai tetapi merupakan syarat mengikuti UTS) TUGAS 2: MENULIS MAKALAH DISKUSI Komposisi nilai akhir: 40%UTS + 40%UAS + 20%Tugas 2

TUGAS DAN SEMINAR TUGAS: Menyusun makalah yang berhubungan dengan genetika molekuler atau rekayasa genetika Sumber dari masyarakat. Bukan di jurnal ilmiah, 1 Januari 2011 – 31 Maret 2011. Maksimal 4 halaman. dikumpulkan tgl 8 April 2011

KEPUSTAKAAN Bambang Irawan (2008).Genetika Molekuler. Airlangga University Press, Dapat dibeli di Lab Ekologi dengan harga Rp. 50.000,- (Di toko buku ±Rp 48.000) Di ruang baca tersedia 2 jilid (eksemplar) Dapat di beli di toko buku atau di AUP William S. Klug dan Michael R. Cummings (2003) Genetics; a molecular perpective. Airlangga University Press, Di ruang baca tersedia 5 jilid (eksemplar)

PENGANTAR Sejarah perkembangan Genetika Metoda Genetika Pendekatan Dalam Menjelaskan Fenomena Genetika Polimer dan Protein Kromosom

Sejarah perkembangan Genetika Para Pembuka Sejarah: Mendel Hugo De Vries, Carl Correns dan Erich von Tschermak. Dr. Sewall Wright (Amerika Serikat) dan Dr. Sir Ronald Fisher (Britania Raya). Hardy dan Weinberg Jay Lush Avery, Macleod, dan McCarty Watson dan Crick

Metoda Genetika Genetika transmisi Metode sitologi atau Genetika Sel Analisis di tingkat molekuler. Metode tingkat populasi.

Genetika transmisi Metode penelitian genetika paling klasik dan konvensional Mempelajari peristiwa genetik dengan melihat mekanisme pewarisan sifat dari generasi ke generasi. Lebih dikenal dengan genetika Mendel. Pada hewan dan tumbuhan caranya adalah langsung melihat individunya dan mengawinkannya. Pada manusia peristiwa penurunan sifat ini dipelajari dari silsilah keluarga atau pedegri.

Metode sitologi atau Genetika Sel Fenomena genetika dipelajari dengan metode sitologi. Objek yang diperhatikan bukan individu tetapi kromosom, hasilnya digambarkan atau difoto. Kegiatan penyusunan atau mempelajari pola yang tampak pada kromosom ini dinamakan kariotiping.

Analisis di tingkat molekuler Gen tidak lagi dipelajari pada tingkat seluler dengan metode sitologi tetapi dipelajari sampai tingkat strukur molekulnya, dan analisis lain di tingkat molekuler.

BEDA GENETIKA MOLEKULER DARI GENETIKA MENDEL

Metode tingkat populasi Fenomena genetik dipelajari untuk menjelaskan fenomena di tingkat populasi. Dapat menggunakan metode sitologi dapat pula molekuler. Pada genetika populasi ini satuan dasar yang akan dijelaskan sifat atau konstelasi genetiknya adalah suatu populasi, sedang pada transmisi terutama adalah individu.

Cara Pembagian yang Lain Gentika dapat pula dibagi menjadi genetika kualitatif dan genetika kuantitatif. Genetika kualitatif sifat genetik dinyatakan secara kualitatif, misalnya merah, hijau, tinggi, kasar, dan sebagainya. Genetika kuantitatif sifat-sifat genetik dinyatakan dalam satuan kuantitatif, misalnya berapa meter panjangya, berat tubuhnya, berapa liter susu yang dihasilkan dalam sekali pemerahan. Genetika kuantitatif banyak digunakan untuk meningkatkan produksi ternak dan tanaman budidaya.

Pendekatan Dalam Menjelaskan Fenomena Genetik Fenomena genetik dapat dijelaskan secara: pendekatan deskriptif. pendekatan fungsional. pendekatan evolutif.

Pendekatan deskriptif Fenomena genetik dijelaskan apa adanya tanpa menjelaskan bagaimana sifat tersebut ada atau mengapa sifat tersebut ada. Secara sederhana pendekatan ini digunakan untuk menjawab pertanyaan sifat apa saja yang merupakan sifat genetik, atau bagaimana struktur suatu gen.

Pendekatan fungsional. Dijelaskan bagaimana munculnya suatu fenotip, atau bagaimana suatu fenotip atau konstelasi gen dalam populasi berubah. Berarti harus menjawab pertanyaan bagaimana suatu proses atau mekanisme terjadi.

Pendekatan evolutif. Menjelaskan mengapa suatu fenomena genetik terjadi Berarti harus menjelaskan sebab-sebab dari suatu fenomena.

Cabang Genetika Berdasar cara Pendekatannya Dari cara pendekatan untuk menjelaskan fenomena genetik ini kita mengenal istilah genetika fungsional dan genetika evolutif. Dapat juga mempelajari gabungan dari dua diantaranya

Polimer dan Protein Polimer adalah suatu struktur kimia berupa rantai yang panjang. Polimer ini tersusun dari satuan atau unit yang sama, terangkai membentuk suatu rantai. Satuan dasarnya itu secara umum disebut monomer. Biasanya bila monomer yang menyusun jumlahnya sedikit, misalnya kurang dari 20 rantai yang terbentuk disebut oligomer. Oligo artinya sedikit, sedang poli artinya banyak. Rantai polimer ini ada yang lurus dalam arti tidak bercabang, ada pula yang bercabang

Gambar 1.1. Model monomer (a), polimer lurus (b), dan polimer bercabang (c).

Protein Protein adalah suatu polimer yang satuan dasarnya adalah asam amino. Dalam menyusun rantai, asam amino satu dengan lainnya diikat oleh sejenis ikatan kimia yang disebut ikatan peptida (CONH). Oleh karena itu rantai asam amino ini juga disebut polipeptida. Dalam genetika molekuler ini akan dijelaskan bagaimana mekanismenya sehingga urutan asam-amino yang diinginkan dapat disusun.

Gambar 1.2. Ikatan peptida menyatukan dua asam amino alanin.

Asam amino Di alam ini ada 20 jenis asam amino. Suatu protein dapat tersusun dari lebih dari satu macam asam amino. Asam amino misalnya leusin, arginin, valin, histidin, dan sebagainya. Perbedaan antara asam amino satu dengan lainnya terletak pada posisi CH3 bila kita melihat alanin sebagai model yang paling sederhana. Protein tersusun dari banyak asam amino yang membentuk rantai dengan ikatan peptida. Urutan asam amino dalam suatu protein ditentukan oleh urutan polimer lain yang disebut polinukleotida.

Gambar 1.3. Penggambaran struktur asam amino secara umum (atas), asam amino glisin dan fenilalanin (bawah)

KROMOSOM Kromosom dan Kromatin Morfologi Kromosom Kariotipe Mutasi Kromosom Bahan Penyusun Kromosom Kinetokor

Kromosom dan Kromatin Kromosom adalah suatu struktur yang tersusun dari asam nukleat dan protein. Pada stadium interfase bahan kromosom ini tampak sebagai benang halus dan disebut kromomatin. Pada eukariota kromatin terletak dalam inti sel, sedang pada prokariota terletak menyebar dalam sitoplasma. Ketika sel memasuki stadium metafase kromatin menggulung dan melipat sehingga tampak tebal dan mudah terlihat dengan mikroskop cahaya. Kromatin yang menggulung dan melipat ini disebut kromosom

Gambar 2.1. Perubahan dari benang kromatin (a), yang kemudian menggumpal menjadi kromosom (b), terlihat pula kromatrid (c) yaitu kromosom anakan; gambar d adalah model gumpalan kromatin

Morfologi Kromosom Pada bagian tertentu, kromosom mengalami kondensisi atau pemadatan sehingga terjadi penyempitan, bagian ini disebut sentromer. Dengan adanya sentromer ini maka kromosom terbagi menjadi dua bagian, masing-masing bagian tersebut dinamakan lengan kromosom. Bila sentromer tidak terletak di tengah maka lengan kromosom tidak akan sama panjang. Lengan pendek dinamakan lengan p, sedang lengan panjang dinamakan lengan q. Ujung kromosom dinamakan telomer. Selain sentromer kadang-kadang kromosom memiliki penyempitan kedua sehingga terbentuk bagian yang disebut satelit. Tidak semua kromosom memiliki satelit.

Gambar 2.2. Morfologi kromosom dan bagian-bagiannya, tidak semua kromosom memiliki satelit.

Tipe Kromosom Berdasar letak sentromernya, kromosom dapat dibagi menjadi beberapa tipe yaitu: metasentrik, submetasentrik, akrosentrik, dan telosentrik.

Gambar 2.3. Letak sentromer dan klasifikasi kromosom berdasar posisi sentromer. Tipe kromosom Letak sentromer Bentuk pada waktu metaphase Bentuk pada waktu anafase Metasentrik Di tengah Subnetasentrik Antara tengah dan ujung Akrosentrik Dekat ujung Telosentrik Pada ujung

Kariotipe Kariotipe adalah gambaran keseluruhan kromosom yang ada dalam suatu sel atau individu, biasanya yang digunakan adalah kromosom pada stadium metafase. Dalam kariotipe kromosom disusun berdasar panjangnya dan posisi sentromer. Pada stadium metafase setiap kromosom telah menggandakan dirinya menjadi dua kromatid yang bersatu pada bagian sentromer. Dalam proses pembelahan selanjutnya kromatid akan ditarik oleh benang sitoplasmatik ke arah kutub pembelahan sehingga saling memisah dan masing-masing menjadi kromosom utuh.

Karena kondensasi pada lengan kromosom tidak homogen Pewarnaan menghasilkan pola warna tertentu yaitu garis-garis. Ada garis lebar tebal ada pula yang sempit. Berdasar hal ini maka setiap lengan kromosom dapat dibagi menjadi beberapa zona, dan setiap zona dapat pula dibagi menjadi bagian yang lebih kecil.

Gambar 2.4. Daerah pembagian kromosom

Gambar 2.5. Kariotipe seorang perempuan, tidak memiliki kromosom Y, kariotipe seperti ini banyak dijumpai diberbagai buku genetika dan biologi.

Ideogram Adanya pola garis-garis pada kromosom (banding pattern) dapat dibuat ideogram kromosom, yaitu gambaran kromosom dengan pola garisnya. Dengan pewarnaan ini maka untuk menunjukkan lokasi gen dapat dibuat lebih jelas. Lokasi suatu gen biasanya dimulai dengan nomer kromosom, dikuti dengan kode lengan, nomer zona atau region, dan terakhir nomer garis atau band.

Banding polymorphism Pada umumnya kromosom yang berpasangan akan memiliki pola garis yang sama, tetapi ada juga pada hewan yang kromosom berpasangannya memiliki pola garis berbeda. Individu yang demikian itu dikatakan bersifat heterozigot untuk pola garisnya. Adanya dua pola garis atau lebih dalam suatu populasi disebut banding polymorphism (polimorfisme).

Cara pembagian lain Kromosom pada beberapa organisme dapat dibagi berdasar hubungannya dengan jenis kelamin yaitu autosom dan kromosom kelamin (sex chromosom). Autosom dimiliki oleh individu jantan dan betina, sedang kromosom kelamin dimiliki oleh salah satu jenis kelamin saja, sehingga pada individu jantan dan betina tidak sama. Pada manusia autosomnya dibagi menjadi 7 kelompok berdasar ukuran dan tempat sentromer. Kelompok A, krosom nomer 1-3-, B (4-5), C (6-12), D (13-15), E (16-18), F (19-20), dan G (21-22).

Mutasi Kromosom Jumlah kromosom pada setiap spesies konstan, telah diketahui adanya variasi dalam jumlah dan jenis pola garis kromosomnya. Perubahan jumlah dapat bertambah atau berkurang. Perubahan pola garisnya dapat menunjukkan adanya pengulangan, atau pemendekan segmen, hal ini tampak dari adanya perubahan pola tertentu. Perubahan yang terjadi pada kromosom itu disebut mutasi kromosom atau aberasi kromosom. Berdasar keterangan di atas mutasi kromosom dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu mutasi atau perubahan jumlah kromosom, dan mutasi atau perubahan struktur kromosom.

perubahan jumlah kromosom Kolsisin, sinar-X dan beberapa zat lain dapat memutus benang sitoplasma. Putusnya benang sitoplasma akan mempengaruhi jumlah kromosom pada sel anakan setelah pembelahan selesai.

Perubahan ini dapat dibagi menjadi dua kelompok Euploidi, bila perubahan jumlah terjadi pada seluruh pasangan kromosom, sehingga jumlahnya merupakan kelipatan dari jumlah haploid (n), yaitu 3n, 4n dan seterusnya. aneuploidi, bila perubahan jumlah tidak terjadi pada seluruh pasangan kromosom

Sebab-sebab terjadinya perubahan jumlah kromosom Perubahan-perubahan dalam jumlah kromosom tersebut karena ada kesalahan dalam: replikasi kromosom, pada fertilisasi, atau pada waktu pembelahan awal zigot. Abnormalitas jumlah kromosom tersebut biasanya berakibat pada penampilan dan produktivitas hewan, danberbagai macam kelainan bergantung pada kromosomnya.

Perubahan dalam struktur kromosom Kromosom dapat putus secara alami dapat pula peristiwa lain Kromosom yang putus dapat menyambung kembali, hanya saja tidak selalu pada posisi yang sama atau bahkan menyambung pada kromosom lain.

Dilesi Duplikasi Translokasi Inversi Berbagai jenis aberasi atau mutasi yang disebabkan oleh putusnya kromosom. Dilesi Duplikasi Translokasi Inversi

Dilesi Dilesi atau defisiensi adalah hilangnya sebagian segmen kromosom. Bila hanya salah satu dari sepasang kromosom yang mengalami dilesi yaitu heterozigot dilesi. Akibat genetik yang ditimbulkan oleh dilesi adalah: hilangnya suatu fenotip secara tiba-tiba individu seringkali tidak tahan terhadap suatu gangguan menimbulkan kelainan sejak lahir munculnya sifat resesif karena alel dominant pasangannya hilang atau disebut pseudodominan.

Gambar 2.7. Konfigurasi kromosom yang mengalami delesi pada saat miosis (metaphase I)

Duplikasi Terjadi pengulangan segmen tertentu dari suatu kromosom. Pengulangan ini dengan sendirinya berarti pengulangan gen. Sebagaimana dilesi, karena panjang kromosom tidak sama maka pada waktu miosis juga terbentuk loop. Walaupun tidak ada gen yang hilang, ternyata juga dijumpai kelainan pada manusia karena duplikasi, yaitu sindroma dup(4p). Sepertiga penderita sindroma ini meninggal ketika anak-anak.

Gambar 2.8. Model kromosm yang mengalami duplikasi pada segmen D – G

Translokasi Terjadi karena bagian atau segmen kromosom yang terputus dapat tersambung lagi tetapi bukan pada kromosom asal melainkan tersambung pada kromosom lain. Dengan kata lain ada kromosom yang mengalami delesi, dan pada saat bersamaan kromosom tersebut mendapat tambahan segmen dari kromosom lain. Pada stadium profase, sel dengan aberasi translokasi heterozigot akan memperlihatkan konfigurasi kromosom seperti perempatan. Berdasar perjanjian cara menggambarnya adalah kromosom dengan struktur normal digambar di sebelah kiri atas.

Gambar 2.9. Kromosom yang mengalami translokasi membentuk konfigurasi seperti perempatan.

Inversi Suatu segmen kromosom memiliki susunan terbalik. Pada waktu miosis stadium profase juga akan terbentuk loop, tetapi loop ini berbeda dengan loop pada delesi ataupun duplikasi Inversi ada dua jenis yaitu: inversi parasentrik bila sentromer terletak di luar loop, ini berarti sentromer terletak pada segmen yang mengalami inversi inverse perisentrik bila sentromer sentromer ada di dalam loop, berarti sentromer tidak dalam segmen yang mengalami inverse.

Gambar 2.10. Konfigurasi kromosom yang mengalami inversi atau pembalikan segmen.

Bahan Penyusun Kromosom Kromosom tersusun dari dua komponen biologi yaitu protein, dan asam nukleat yang disebut asam deoksiribonukleat atau disingkat ADN (deoxyribonucleic acid = DNA). Molekul ADN merupakan pita polimer yang panjang, dan pada jarak sekitar 100 Å melilit sekumpulan protein yang disebut histon. Ada 4 jenis protein dalam lilitan ini yaitu H2A, H2B, H2, dan H4. Keempat jenis histon ini ada dalam lilitan pita maka disebut histon dalam atau inner histones. Satu kumpulan protein dan ADN ini disebut nukleosom, jadi jarak antar nukleosom adalah 100 Å. Di antara dua nukleosom, pada pita ADN antar nukleosom juga terdapat satu ikatan nukleoprotein tetapi hanya satu jenis yaitu histon H1, protein ini (H1) tidak dililit oleh pita ADN. Selanjut pita ADN bersama dengan nukleosom dan histon H1 yang terikat padanya membentuk gulungan berganda sehingga tampak sebagai gumpalan yang disebut kromosom.

Gambar 2.11. Model nukleosom beserta ADN antar nukleosom berdasar tampilan pada mikroskop electron

Gambar 2.12. Model umum asosiasi histon dan ADN dalam nukeosom, dan susunannya dalam kromosom