1. Defenisi
 |
| Gregor Johann Mendel |
Genetika merupakan ilmu yang mempelajari tentang pewarisan sifat. Seorang induk akan mewariskan sifat-sifat genetik yang dimilikinya kepada turunannya. Sifat genetik yang dimaksud misalnya warna rambut, bentuk rambut, warna bola mata dan lain sebagainya. Genetika pertama kali dikemukakan oleh seorang biarawan (Pastor Katolik Roma) dari Austria, bernama Gregor Johann Mendel, menjelang akhir Abad ke-19 melakukan serangkaian percobaan persilangan pada kacang ercis (Pisum sativum). Mendel menyilangkan tanaman kacang ercis yang memliki struktur pohon tinggi dengan yang pendek. Tanaman yang dipilih oleh Mendel adalah tanaman galur murni, yaitu tanaman yang melakukan penyerbukan sendiri dan tidak akan menghasilkan tanaman yang berbeda dengannya. Artinya tanaman berpohon tinggi selalu menghasilkan tanaman berpohon tinggi, demikain juga untuk tanaman berpohon pendek. Percobaan yang dilakukan Mendel dengan cara menyilangkan galur murni, yang memiliki struktur pohon tinggi dengan galur murni pendek. Mendel mendapatkan hasil bahwa, generasi pertama (F1) dari penyilangan tersebut semua turunannya memiliki struktur pohon yang tinggi.
Selanjutnya, tanaman berpohon tinggi yang merupakan hasil persilangan dibiarkan untuk terjadi penyerbukan sendiri. Ternyata menghasilkan keturunan yaitu generasi kedua (F2) yang memperlihatkan bahwa terdapat tanaman yang memiliki stuktur pohon tinggi dan pendek. Mendel kemudian mencurigai bahwa hal tersebut ada kaitannya dengan pewarisan sifat dari struktur pohon tinggi dan pendek. Percobaan yang dilakukan mendel selama bertahun-tahun, ditemukanlah prinsip-prinsip keturunan atua pewarisan sifat. Prinsip-prinsip ini menjadi landasan utama untuk perkembangan dalam genetika. Berkat karyanya yang brilian dalam bidang genetika, Mendel dikenal dan dijuluki sebagai Bapak Genetika.
Ada beberapa istilah yang sangat familiar dalam bidang genetika. Istilah tersebut adalah gen, genom, asam nukleat, DNA, dan RNA.
2. Gen
Gen adalah unit yang mewariskan sifat-sifat keturunan dari induk kepada turunannya. Gen merupakan suatu sekuen DNA (urutan DNA) yang terdapat di dalam untaian DNA yang pada umumnya berfungsi menyandi protein tertentu atau untai RNA berfungsi sebagai infromasi genetik. Protein yang dikode oleh gen akan memberi karakterikstik khusus pada individu. Di dalam DNA terdapat bagian (berupa sekuen DNA) yang ditranskrip menjadi RNA dan kemudian diterjehkan menjadi protein dan ada bagian lain yang tidak mengkode protein dan tidak dapat transkrip menjadi RNA. Bagain yang umumnya mengkode protein tersebut disebut gen sedangkan yang tidak mengkode protein bukan merupakan sebuah gen.
Ada orang juga yang mengatakan bahwa DNA adalah gen, atau sebaliknya gen adalah DNA. Pernyataan ini tidaklah salah, tetapi keliru karena gen hanya terdapat pada DNA yang umumnya mengkode protein. Hal ini jika dianalogikan misalnya ada pendapat seorang filsuf bahwa “aku (manusia) berpikir, maka aku ada” artinya bahwa manusia merupkan mahkluk yang memiliki pikiran untuk berpikir. Lalu yang jadi pertaanyaannya apakah semua tubuh atau organ tubuh manusia fungsinya berpikir? Tentu jawabannya tidak, karena hanya otak yang memiliki fungsi untuk dapat berpikir. Hal ini seperti dengan DNA, tidak semua bagian dari DNA bisa mengkode protein, tetapi hanya bagian tertentu saja yang digunakan untuk mengkode protein dan bagian tersebut dikenal dengan gen.
Di dalam tubuh manusia terdapat banyak sekali gen yang mengkode protein yang berbeda-beda. Ada gen yang mengkode protein yang digunakan untuk membentuk bola mata, ada gen yang mengkode warna mata, ada gen yang mengkode bentuk postur tubuh dan lain sebagainya. Selain gen, ada juga istilah genom.
Genom adalah seluruh informasi genetik yang dimiliki oleh suatu individu. Lalu, pertanyaannya apa perbedaan antara gen dengan gennom? Gen hanya menyandi/ mengkode protein tertentu atau dapat dikatakan hanya memiliki infromasi genetik dari satu protein, sedangkan genom mencakup lebih luas karena mencakup seluruh informasi genetik yang dimiliki oleh individu atau dengan kata lain genom mencakup semua gen yang dimiliki oleh individu.
3. Asam Nukleat
Asam nukelat dikenal juga sebagai “mollecule of life” karena mengkode dan menyimpan informasi genetik dari suatu organisme. Asam nukleat terdiri dari 2 molekul yaitu DNA dan RNA. Setiap mahkluk hidup memiliki kedua molekul asam nukleat ini.
DNA
Deoksiribonucleat acid (DNA) adalah dasar kimia genetik (pewarisan) dan diorganisasikan ke dalam gen yang menjadi unit dasar informasi genetik. DNA merupakan suatu polimer yang tersusun dari 4 monomer deoksiribonukleosida monofosfat: dAMP, dGMP, dCMP, dTMP. Monomer merupakan molekul yang membentuk unit dasar dari suatu polimer. Monomer DNA tersebut terdiri dari deoksiribosa, fosfat dan basa nitrogen (basa: Adenin (A), Guanin (G), Citosin (C), dan Timidin(T)). Dalam tubuh manusia DNA berbentuk double helix, sehingga DNA terlihat berpasangan. Pasangan DNA dihubungkan oleh suatu ikatan hidrogen. Dalam satu untai DNA dihubungkan oleh ikatan fosfodiester.
Terdapat 2 ikatan hidrogen antara timidin dengan adenosin dan terdapat 3 ikatan hidrogen antara citosin dengan guanosin. Ikatan hidrogen tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
 |
| DNA dan ikatan hidrogen |
RNA
Ribonucleat acid (RNA) merupakan polimer nukleosida monofosfat, yang berbentuk benang tunggal. Perbedaan mendasar dari DNA dan RNA adalah RNA mengandung ribosa sebagai pengganti deoksiribosa dan urasil sebagai pengganti timin. Terdapat 3 jenis RNA, yaitu: messenger RNA (mRNA), tranfer RNA (tRNA), dan ribosomal RNA (rRNA). mRNA berfungsi sebagai pembawa informasi genetik yg akan translasi menjadi protein. Kode genetik yang terdapat pada DNA akan ditranskrip ke dalam RNA (ingat bahwa dalam DNA terdapat bagian yang mengkode protein yang disebut gen dan ada bagian yang tidak mengkode protein. Jadi, gen yang diekspresikan, artinya bahwa DNA yang mengandung kode proteinlah yang diekspresikan bukan keseluruhan DNA diekspresikan). tRNA berfungsi membawa asam amino ketempat sintesis protein di ribosom dan membaca asam amino dan mebaca kodon mRNA. rRNA akan berikatan dengan protien untuk membentuk ribosom yang berfungsi sebagai tempat sintesis protein.
4. Ekspresi Gen
Ekspresi gen adalah proses terbentuknya protein dari sebuah gen. Gen umumnya mengkode protein tertentu, sehingga jika gen diekspresikan akan menghasilkan sebuah protein. Gen pada tubuh manusia hanya mengkode satu jenis protein saja. Misalanya gen A hanya akan menghasilkan protein A melalui ekspresi gen, begipula gen B hanya akan menghasilkan protein B melalui ekspresi gen.
Protein yang dihasilkan dari sebuah gen melalui suatu proses yang dikenal dengan nama ekspresi gen, atau dikenal juga dengan nama dogma sentral (dalam biologi molekuler). Akhir dari ekspresi gen ini adalah sintesis protein. Sintesis protein terjadi melalui beberapa tahap yaitu:
a. Transkripsi.
Kode genetik dalam DNA akan ditranskripsi ke dalam RNA (mRNA). mRNA yang disintesis di dalam nukleus akan keluar dari nukleus dan masuk ke dalam sitoplasma. Intinya transkripsi adalah proses penyalinan kode genetik di dalam DNA (gen) ke dalam RNA (mRNA).
b. Translasi
mRNA yang masuk ke dalam sitoplasma akan ditranslasi di ribosom. Asam amino yang dibawa oleh tRNA akan dicocokan dengan kode genetik yang terdapat pada mRNA. Hal ini mengakibatkan terjadi penyusunan asam amino yang sesuai dengan kode genetik yang terdapat pada mRNA. Asam amino yang tersusun akan membentuk sebuah protein. Intinya translasi adalah sintesis protein berdasarkan kode genetik yang terdapat dalam RNA (mRNA).
 |
| sintesis protein |
Transkripsi
Transkripsi jika dijelaskan secara singkat terjadi seperti diatas. Jika, dijelaskan lebih lanjut transkripsi membutuhkan enzim, sehingga proses transkripsi dapat terjadi. Siklus transkripsi dapat dijelaskan dalam 3 tahapan berikut ini.
Inisiasi
1. RNA polymerase (RNAP) akan mengikat pada untaian DNA, kemudian mencari lokasi promoter pada untaian DNA tersebut. Ikatan antara RNAP dengan promoter membentuk sebuah kompleks yang disebut kompleks RNAP-promoter tertutup. Dalam proses transkripsi tidak dibutuhkan helicase untuk membuka double helix DNA seperti pada replikasi DNA.
2. RNAP pada kompleks RNAP-promoter tertutup akan membuka untai DNA yang berbentuk double helix sehingga terbuka dan membetuk sebuah kopleks yang disebut kompleks promoter terbuka. Kompleks ini juga sering disebut sebagai prainisiasi. Promter pada DNA berfungsi sebagai tempat di mana transkpris akan dimulai.
3. RNAP yang akan mengakses informasi genetik dan akan menggunakannya untuk mensintesis sebuah dinukleotida.
Elongasi
4. Setelah pemanjangan RNA 10-20 nt, RNAP akan mengalami konformasi akibatnya RNAP menjauh dari promoter, dan meneruskan transkripsi di unit trankripsi.
5. Residu-residu akan ditambahkan secara berurutan. Penambahan tersebut pada terminal 3 –OH molekul RNA. Penambahan residu ini sering dikenal juga sebagai pemanjangan rantai RNA. Pemanjangan rantai RNA ini terus terjadi sampai bertemu tempat terminasi transkripsi.
Terminasi
6. Pada saat RNAP sampai pada tempat terminasi transkripsi, RNAP akan mengalami pengubahan konformasi tambahan (pada no. 4 RNAP telah mengalami konformasi) yang mengakibatkan terjadinya pembebasan rantai RNA telah lengkap. RNA yang telah lengkap keluar dari nukleus dan menuju ke dalam sitoplasma. RNA (mRNA) akan melalui proses translasi dan membentuk protien.
RNA yang terbentuk pada tahap transkripsi akan masuk ke dalam sitoplasma. Di dalam sitoplasma mRNA akan berikatan dengan ribosom kemudian tRNA membawa asam amino ke ribosom dan menyusun asam amino sesuai dengan kode genetik yang terdapat pada mRNA. Asam amino yang tersusun sebanyak 2-5 asam amino disebut peptida. Kemudian, terjadi penambahan asam amino lagi sehingga jumlah 6-100 yang disebut polipeptida. Terjadi penambahan asam amino lagi sehingga jumlahnya lebih dari seratus yang disebut sebagai protein.
Protein yang terbentuk tersebut belum memiliki fungsi di dalam tubuh manusia. Protein yang baru terbentuk tersebut akan masuk ke dalam fase post-translasi atau modifikasi yang kemudian akan mengalami pelipatan-pelipatan dan mengalami modifikasi sehingga memiliki fungsi di dalam tubuh manusia atau disebut juga protein fungsional. Protein fungsional yang dihasilkan adalah protein bioregulator (hormon), biokatalisator (enzim), protein pelindung (imunoglobulin), protein transport (Hemoglobin), protein struktural, protin kontraktil.
Jika ekspresi gen atau dogma sentral atau sintesis protein diringkas maka proses yang dilalui sebegai berikut. DNA akan ditrankripsi ke dalam RNA (mRNA, tRNA dan rRNA). Proses ini terjadi di dalam nukleus dan disebut transkripsi. Kemudian, RNA (mRNA, tRNA dan rRNA) keluar dari nuklues dan masuk ke dalam sitoplasma. mRNA yang membawa kode genetik, ditranslasi menjadi protein di ribosom proses ini disebut translasi. Protein yang dihasilkan belum memiliki fungsi, sehingga protein tersebut akan mengalami pelipatan dan dimodifikasi yang disebut post-translasi. Protein yang telah melalui post-translasi disebut sebagai protein fungsional (protein bioregulator, biokatalisator, protein pelindung, protein transport, protein struktural, protin kontraktil).
Daftar Pustaka
1. Guyton dan Hall, 2016. Buku Ajar Fisiologi Kedokteran,-edisi 13. Elseveir.
2. Irianto, K., 2017. Biologi Molekuler Teori-Praktikum-Glosarium. Penerbit Alfa Beta Bandung.
3. Robert K. Murray, 2014. Biokimia Harper,-edisi 29. EGC : Jakarta
