DNA: sebagai Bahan Herediter dan Sifat Bahan Genetik (DNA versus RNA)| Biologi

DNA: sebagai Bahan Herediter dan Sifat-sifat Bahan Genetik (DNA versus RNA)!

Prinsip-prinsip pewarisan yang diberikan oleh Mendel dan penemuan nuklein (asam nukleat) oleh Meischer (1871) hampir bersamaan tetapi untuk menyatakan bahwa DNA berfungsi sebagai materi genetik membutuhkan waktu yang lama. Penemuan sebelumnya yang dibuat oleh Mendel, Walter Sutton, TH Morgan dan lainnya telah mempersempit pencarian materi genetik ke kromosom.

Kromosom terdiri dari asam nukleat dan protein dan dikenal sebagai kendaraan herediter. Pada contoh pertama tampak bahwa protein merupakan bahan herediter, sampai percobaan dilakukan untuk membuktikan bahwa asam nukleat berperan sebagai bahan genetik.

DNA (asam nukleat deoksiribosa) telah ditemukan sebagai bahan genetik pada semua makhluk hidup kecuali beberapa virus tanaman dimana RNA adalah bahan genetik karena DNA tidak ditemukan pada virus tersebut.

A. Bukti-bukti DNA sebagai Materi Turunan:

Konsep bahwa DNA adalah materi genetik didukung oleh bukti-bukti berikut:

1. Transformasi Bakteri atau Prinsip Transformasi (Efek Griffith):

Pada tahun 1928, Frederick Griffith, seorang Petugas Medis Inggris menemukan fenomena yang sekarang disebut sebagai transformasi bakteri. Pengamatannya melibatkan bakteri Streptococcus pneumoniae (Gambar 6.12) yang berhubungan dengan jenis pneumonia tertentu. Selama percobaan ini, organisme hidup (bakteri) telah berubah menjadi bentuk hidup.

Bakteri ini ditemukan dalam dua bentuk:

(a) Halus (S):

Sel siapa yang menghasilkan kapsul polisakarida (lendir), menyebabkan koloni pada agar menjadi halus dan agak mengkilap? Strain ini mematikan (patogen) dan menyebabkan pneumonia.

(b) Kasar (R):

Dalam hal ini, sel kekurangan kapsul dan menghasilkan koloni kasar (R) yang kusam.

Ada atau tidaknya kapsul diketahui ditentukan secara genetik.

Strain S dan R ditemukan dalam beberapa jenis dan masing-masing dikenal sebagai SI, S-II, S-III dll. Dan RI, R-II dan R-III dll.

Mutasi dari halus menjadi kasar terjadi secara spontan dengan frekuensi sekitar satu sel dalam 10 ⁷ meskipun, kebalikannya jauh lebih jarang.

Griffith melakukan eksperimennya dengan menyuntikkan bakteri di atas ke tikus dan menemukan hasil sebagai berikut:

(sebuah) Bakteri S-III (virulen) disuntikkan ke tikus; tikus mengembangkan pneumonia dan akhirnya mati.

(b) Bakteri R-II (non-virulen) disuntikkan ke tikus; tikus tidak menderita penyakit karena strain R-II tidak patogen.

(c) Ketika Griffith menyuntikkan panas membunuh bakteri S-III ke dalam tikus, mereka tidak menderita pneumonia dan dengan demikian bertahan hidup.

(d) Campuran bakteri R-II (non-virulen) dan panas membunuh S-III disuntikkan ke tikus; tikus mengembangkan pneumonia dan mati. Dengan postmortoming tikus yang mati, diketahui bahwa darah jantung mereka memiliki strain bakteri R-II dan S-III.

Jadi beberapa faktor genetik dari sel S-III mati mengubah sel R-II hidup menjadi sel S-III hidup dan yang terakhir menghasilkan penyakit. Singkatnya, sel R-II yang hidup entah bagaimana berubah. Jadi efek Griffith secara bertahap dikenal sebagai transformasi dan ternyata merupakan langkah pertama dalam identifikasi materi genetik.

Karakterisasi Biokimia Prinsip Transformasi:

Atau

Identifikasi Zat Genetik Transformasi:

Pada tahun 1944, enam belas tahun setelah percobaan Griffith, Oswald Avery, Colin MacLeod dan Maclyn McCarty (1933-1944) melaporkan keberhasilan pengulangan transformasi bakteri, tetapi secara in vitro. Mereka mampu mengidentifikasi materi genetik yang berubah. Mereka menguji fraksi sel yang mati karena panas untuk kemampuan transformasi. Temuan mereka seperti di bawah.

Temuan mereka adalah:

(i) DNA saja dari bakteri S menyebabkan bakteri R menjadi berubah.

(ii) Mereka menemukan bahwa protease (enzim pencerna protein) dan RNAse (enzim pencerna RNA) tidak mempengaruhi transformasi.

(iii) Pencernaan dengan DNAase memang menghambat transformasi.

Dengan demikian mereka akhirnya menyimpulkan bahwa DNA adalah materi herediter.

Campuran disuntikkan ke tikus sehat	Hasil diperoleh
1. Sel hidup tipe RU + Kapsul panas membunuh tipe S-III.	Tikus tidak mengembangkan pneumonia.
2. Sel hidup tipe R-II + Dinding sel mati panas tipe S-III.	Seperti di atas.
3. Sel hidup tipe R-II + Sitoplasma mati panas Tipe S-III (tanpa DNA)	Seperti di atas.
4. Sel hidup tipe R-II + DNA yang dibunuh dengan panas tipe S-III.	Tikus mengembangkan pneumonia dan mati.
5. Sel hidup tipe R-II + DNA mati panas tipe S-III + DNAase	Tikus tidak mengembangkan pneumonia.

Oleh karena itu, sekarang tidak diragukan lagi bahwa DNA adalah materi herediter.

2. Infeksi Bakteriofag:

Agen penular virus adalah DNA. Dengan menggunakan perunut radioaktif, Alferd Hershey dan Maratha Chase (1952) membuktikan bahwa DNA merupakan materi herediter pada bakteriofag tertentu (virus bakteri).

Struktur bakteriofag T _{2 :}

Virus bakteri ini mengandung cangkang protein non-genetik luar dan inti dalam materi genetik (DNA). Fag T ₂ berbentuk kecebong yang dibedakan menjadi daerah kepala dan ekor. Kepala adalah struktur memanjang, bipyramidal, bersisi enam yang terdiri dari beberapa protein.

Di dalam kepala (Gbr. 6.13) terdapat molekul DNA yang tertutup dan tidak berujung. Dimensi kepala sedemikian rupa sehingga mampu mengemas molekul DNA dengan rapat di dalamnya. Ekornya adalah silinder berongga. Ekornya memiliki 24 lurik heliks.

 

(ii) Beberapa bakteriofag lain ditumbuhkan pada bakteri yang memiliki 32P. 32P radioaktif ini terbatas pada DNA partikel fag.

Serat ekor enam muncul dari pelat heksagonal di ujung distal pelat. Ekor hanya terbentuk dari protein. Kulit terluar protein mengandung belerang (S) tetapi tidak ada fosfor (P), sedangkan DNA mengandung fosfor tetapi tidak ada belerang.

Hershey dan Chase (1952) melakukan percobaan terhadap fag T ₂ yang menyerang bakteri Escherichia coli.

Partikel fag disiapkan dengan menggunakan isotop radio ³⁵ S dan ³² P dalam langkah-langkah berikut:

(i) Beberapa bakteriofag ditumbuhkan dalam bakteri yang mengandung ³⁵ S. Radioaktif ini adalah ³⁵ S yang dimasukkan ke dalam asam amino sistein dan metionin protein dan dengan demikian asam amino dengan ³⁵ S ini membentuk protein fag.

(ii) Beberapa bakteriofag lain ditumbuhkan pada bakteri yang memiliki ³² P. Radioaktif ³² P ini terbatas pada DNA partikel fag.

Dua preparat fag radioaktif ini (satu dengan protein radioaktif dan satu lagi dengan DNA radioaktif) dibiarkan menginfeksi biakan E. coli. Mantel protein dipisahkan dari dinding sel bakteri dengan pengocokan dan sentrifugasi.

Sel-sel bakteri yang terinfeksi lebih berat selama sentrifugasi dipelet ke bawah (Gbr. 6.14). Supernatan memiliki partikel fag yang lebih ringan dan komponen lain yang gagal menginfeksi bakteri.

Diamati bahwa bakteriofag dengan DNA radioaktif memunculkan pelet radioaktif dengan ³² P dalam DNA. Namun pada partikel fag dengan protein radioaktif (dengan ³⁵ S) pelet bakteri hampir tidak memiliki radioaktivitas yang menunjukkan bahwa protein telah gagal bermigrasi ke dalam sel bakteri.

Jadi, dapat disimpulkan dengan aman bahwa selama infeksi oleh bakteriofag T ₂ , DNA-lah yang masuk ke dalam bakteri. Itu diikuti oleh periode gerhana selama DNA fag bereplikasi berkali-kali di dalam sel bakteri (Gambar 6.15).

Menjelang akhir periode gerhana, DNA fag mengarahkan produksi perakitan mantel protein dari partikel fag yang baru terbentuk. Lisozim (enzim) menyebabkan lisis sel inang dan melepaskan bakteriofag yang baru terbentuk.

Eksperimen di atas dengan jelas menunjukkan bahwa itu adalah DNA fag dan bukan protein yang mengandung informasi genetik untuk produksi bakteriofag baru. Namun, pada beberapa virus tanaman (seperti TMV), RNA bertindak sebagai bahan herediter (tidak ada DNA).

B. Sifat Bahan Genetik (DNA versus RNA):

DNA adalah materi genetik RNA telah ditemukan sebagai materi genetik dalam TMV (Tobacco mosaic virus), ф β bacteriophage dll. DNA adalah materi herediter utama di sebagian besar organisme. RNA terutama melakukan fungsi messenger dan adaptor. Ini terutama disebabkan oleh perbedaan antara struktur kimia DNA dan RNA.

Sifat-sifat yang diperlukan dari bahan genetik:

1. Replikasi:

Ini mengacu pada duplikasi materi genetiknya dengan replikasi setia yang ditunjukkan oleh DNA dan RNA. Protein dan molekul lain yang ada pada makhluk hidup tidak menunjukkan sifat ini.

2. Stabilitas:

Stabilitas materi genetik harus ada. Seharusnya tidak mudah mengubah strukturnya dengan perubahan tahapan kehidupan, usia fisiologi makhluk hidup. Bahkan dalam percobaan ‘prinsip transformasi’ Griffith, DNA bertahan dalam bakteri yang mati karena panas. Kedua untai DNA yang saling melengkapi dapat dipisahkan.

RNA bertanggung jawab dan mudah terdegradasi karena adanya gugus 2’—OH yang ada di setiap nukleotida. Karena RNA bersifat katalitik, ia menjadi reaktif. Karena DNA lebih stabil daripada RNA, dikatakan sebagai materi genetik yang lebih baik. Kehadiran timin sebagai pengganti urasil adalah alasan lain yang mengarah pada stabilitas DNA.

3. Mutasi:

Materi genetik harus dapat mengalami mutasi dan perubahan tersebut harus diwariskan secara stabil. Baik asam nukleat DNA dan RNA memiliki kapasitas untuk bermutasi. RNA bermutasi pada tingkat yang lebih cepat jika dibandingkan dengan DNA. Virus dengan genom RNA menunjukkan mutasi dan evolusi pada tingkat yang lebih cepat sehingga memiliki rentang hidup yang lebih pendek.

Tabel 6.6. Jenis asam nukleat:

Nama	Jenis Molekul	Lokasi	Fungsi
DNA Asam deoksiribonukleat.	Makromolekul berbentuk heliks ganda dengan ribuan sub-unit.	Terutama di nukleus, juga di mitokondria dan kloroplas.	Bertindak sebagai penyimpan instruksi kode ­untuk sintesis semua protein yang dibutuhkan oleh sel.
mRNA Messenger asam ribonukleat.	Polimer beruntai tunggal dengan ratusan sub-unit.	Dalam nukleus dan sitoplasma terutama ribosom.	Dibuat pada cetakan DNA yang membawa instruksi berkode untuk sintesis satu atau lebih protein dari nukleus ke ribosom.
rRNA Asam ribonukleat ribosom.	Molekul terikat sangat erat dengan fraksi protein.	Hanya di ribosom.	Merupakan bagian dari struktur ribosom. Membantu menemukan mRNA dengan benar di permukaan ribosom.
tRNA Mentransfer asam ribonukleat.	Polimer beruntai tunggal kurang dari seratus sub-unit.	Di dalam sitoplasma.	Banyak jenis tRNA bertindak sebagai pembawa asam amino. Ambil asam amino spesifik dari sitoplasma ke ­pelat tem mRNA pada ribosom.

4. Ekspresi genetik:

RNA dengan mudah mengekspresikan karakter dalam bentuk protein. DNA membutuhkan RNA untuk pembentukan protein. DNA yang lebih stabil dianggap lebih baik daripada RNA untuk penyimpanan informasi genetik. Namun untuk transmisi karakter genetik, RNA memberikan hasil yang lebih baik.