Nukleus dan Materi Genetik

BAB I

PENDAHULUAN

1.1              LATAR BELAKANG

             Sel merupakan unit struktur dan fungsional terkecil makhluk hidup. Sel dikendalikan oleh suatu organel yaitu nucleus. Nukleus merupakan organel yang penting karena nucleus sebagai pengendali semua kegiatan sel, tanpa adanya nucleus maka kegiatan-kegiatan sel tidak dapat berlangsung.  Tidak dapat berlangsungnya kegiatan di sel tentu akan mengganggu fungsi jaringan serta organ dalam tubuh kita, serta tanpa adanya nucleus maka sel tidak akan dapat hidup dalam waktu yang lama.

            Dengan fungsi tersebut tentunya nucleus memiliki struktur yang khas sebagai penompang fungsi-fungsi tersebut. Struktur nucleus akan membantu dalam pelaksanaan tugas-tugasnya.

Tergantung pada sifat-sifat pewarna, dibedakan dua tipe kromatin pada inti interfase Bagian kromosoma yang diwarnai, berwarna terang muda ha

nya sebagian mengalami kondensasi; kromatin ini disebut eukromatin dan biasanya merupakan sebagian besar kromatin yang tersebar setelah mitosis berakhir. Pada daerah pewarnaan yang nampak lebih gelap, kromatin tetap pada keadaan terkondensasi dan disebut heterokromatin. Biasanya terdapat beberapa kromatin yang terkondensasi di sekeliling nukleolus, disebut kromatin intranukleolar. Kromatin perinukeolar dan kromatin intranukleolar mempunyai hubungan satu sama lain. Keduanya disebut kromatin nukleolar.

Kromatin sering berhubungan (menempel) pada membran dalam inti, disebut kromatin perifer yang "condensed". Di antara kromatin perifer dengan kromatin nukleolar terdapat daerah-daerah yang diwarnai muda, disebut kromatin yang tersebar.

1.2              RUMUSAN MASALAH

1.         Apakah fungsi Nukleus itu?

2.         Bagaimanakah proses terjadinya BIOSINTESIS

3.         Bagaimana struktur molekul DNA 
4.        Bagaimana keterkaitan bentuk materi genetic yang berubah-ubah dalam tahap Pembelahan Sel?

5.        Bagaimanakah proses Sintesis Protein itu?

1.3               TUJUAN PEMBAHASAN

1.                 Dapat mengetahui tentang bagaimana fungsi nucleus

2.                 Dapat mengetahui tentang jalannya proses Biosintesis

3.                 Dapat mengetahui tentang struktur molekul DNA

4.                Dapat mengetahui tentang bagaimana keterkaitan bentuk-bentuk materi genetic dalam tahap Pembelahan Sel

5.                 Dapat mengetahui bagaimana jalannya proses Sintesis Protein

BAB II

PEMBAHASAN

2.1       FUNGSI NUKLEUS

Inti Sel (nucleus)
Fungsi:
    1. Mengendalikan metabolisme sel
    2. Menyimpan informasi genetic (gen)
    3. Mengatur ekspresi gen
    4. Tempat terjadinya replicasi dan transkripsi
Inti sel atau nukleus adalah organel yang ditemukan pada sel eukariotik. Organel ini mengandung sebagian besar materi genetik sel dengan bentuk molekul DNA linier panjang yang membentuk kromosom bersama dengan beragam jenis protein. Gen di dalam kromosom-kromosom inilah yang membentuk genom inti sel.
Fungsi utama nukleus adalah untuk menjaga integritas gen-gen tersebut dan mengontrol aktivitas sel dengan mengelola ekspresi gen. Selain itu, nukleus juga berfungsi untuk mengorganisasikan gen saat terjadi pembelahan sel, memproduksi mRNA untuk mengkodekan protein, sebagai tempat sintesis ribosom, tempat terjadinya replikasi dan transkripsi dari DNA, serta mengatur kapan dan di mana ekspresi gen harus dimulai, dijalankan, dan diakhiri.

Nukleus
Fungsi  : Nukleus yaitu mengendalikan seluruh kegiatan sel. Beberapa bagian penting dari nukleus antara lain selaput inti (karioteka), nukleoplasma, dan nukleolus.
Penjelasan materi :Nukleus merupakan organel terbesar yang mengandung informasi genetik berupa DNA. Nukleus ini berbentuk bulat hingga oval.

2.2       PROSES BIOSINTESIS

            Biosintesis merupakan ragam metabolisme yang bersifat anabolik, dan menghasilkan senyawa oraganikyang dibutuhkan untuk kehidupan sel atau makhluk hidup. Sel dilengkapi perangkat untuk mendukung proses biosintesis, baik tempat maupun perangkat enzim untuk biosintesis.

            Setiap jenis sel memilki potensi spesifik proses biosintesis, jadi potensi maupun ragam biosintesis massing-masing sel berbeda.  Neuron (sel saraf) mampu mensintesis endorfin, sel beta pada insula Langerhansi mampu mensintesis insulin, sel Leydig mampu mensintesis testosteron, dll. Sel penyusun daun Carica sp. mampu mensintesis papain, sel penyusun daunMimosa sp mampu mensintesis mimosin, sel penyusun kelenjar nektarum mampu mensintesis nektar, dll. Jenis mikrobia memiliki potensispesifikpula, Penicillium sp.MenghasilkanStreptomisin, Ruminococcus albus  mampu mensintesis enzim selulase.

            Meskipun memiliki potensi biosintesis spesifik, setiap sel pasti mampu mensintesis senyawa organik baku untuk mrndukung kehidupan sel, seperti protein, lipit, karbohidrat, maupun senyawa kombinasinya. Proses biosintesis terjadi pada organella. Retikulum endoplasma granuler merupakan tempat sintesis lipid, beberapa senyawa organik disintesis dalam mitokondria, plastida merupakan tempat sintesis karbohidrat. Golgi komplek merupakan tempat sintesis berbagai senyawa organik lainnya.

            Seperti halnya proses metabolisme lainnya, biosintesis membutuhkan substrat. Subtrat biosintesis dalam sel dapat bersifat eksogen maupun endogen. Berbagai komponen nutrien merupakan substrat eksogen, misalnya asam amino merupakan substrat biosintesis protein, glukosa merupakan substrat sintesis gliserol. Deposit lemak merupakan substrat untuk proses glukoneogenesis, asam propionat merupakan salah satu substrat untuk sintesis laktosa susu Ruminansia.

            Salah satu contoh biosintesis adalah biosintesis protein dalam sel. Proses ini melibatkan berbagai perangkat dalam sel, antara lain adalah :

1.      “Doxy-ribo Nucleic Acid” (DNA) dalam nukleus merupakan faktor mendasar dalam biosintesis protein. Sumber kode sintesis protein terdapat dalam DNA nukleus.

2.      “Ribo-Nicleic Acid” (RNA). Terdapat berbagai jenis RNA, meliputi: m-RNA, t-RNA, dan r-RNA, smuanya berperan dalam sintesis protein. “Messenger-RNA” (m-RNA) berperan sebagai pembawa kode sintesis dari DNA nukleus, “T-RNA” (t-RNA) merupakan pembawa substrat asam amino, sedangkan “ribosome-RNA” (r-RNA) merupakan tempat terjadinya translasi kode sintesis protein.

3.      Enzim RNA-polimerasi. Enzim ini berperan dalan proses transkripsi DNA nukleus, dan menghasilkan m-RNA yang membawa kode sintesis protein.

4.      Retikulum endoplasma granuler. Organela ini berperan sebagai tempat sintesis protein. Granula pada retikulum endoplasma disusun oleh molekul r-RNA.

            Mekanisme sintesis protein pada dasarnya ada dua tahap, yaitu: proses Transkripsi dan proses Translasi. Transkripsi merupakan proses pengkopian DNA sehingga dihasilkan serangkaian kode sintesis protein yang dibawa oleh m-RNA. Kode tersebut mengaktifkan  r-RNA untuk melaksanakan sintesis protein. Substrat asam amino dibawa oleh t-RNA. Proses penterjamahan kode sintesis menjadi aktifitas sintesis protein disebut proses translasi. Rangkaian asam amino membentuk peptida, akhirnya terbentuk protein.

2.3       STRUKTUR MOLEKUL DNA

DNA (ASAM DEOKSIRIBONUKLEAT)

                                       

             

            Bentuk molekul DNA dalam inti sel berupa benang halus dan tidak bercabang. Ukuran molekul DNA berbeda-beda dari satu spesies dengan spesies lainnya. Model struktur DNA itu pertama kali dikemukakan oleh James D. Watson (Amerika) dan Francis Crick (Inggris) pada tahun 1953 di Inggris. Struktur tersebut mereka buat berdasarkan hasil analisis foto difraksi sinar X pada DNA yang dibuat oleh Rosalind Franklin. Karena yang difoto itu tingkat molekul, maka yang tampak hanyalah bayangan gelap dan terang saja.

Foto difraksi sinar X pada DNA (yang di sebelah kanan merupakan hasil foto difraksi Rosalind Franklin). Bayangan foto itu dianalisis sehingga mereka berkesimpulan bahwa molekul DNA merupakan dua benang polinukleotida yang berpilin.

                       

Gambar kiri:  Crick (kanan) dan Watson (kiri) dengan model molekul DNA nya.

            Keduanya mengatakan bahwa molekul DNA itu berbentuk dua pia spiral yang saling berpilin, disebut double helix (spiral ganda). Jika double helix tersebut dibentangkan maka bentuknya  akan menyerupai tangga, dengan ibu tangga berupa rantai gula deoksiribosa dan asam fosfat, serta anak tangga berupa pasanganbasa nitrogen yang selalu mempunyaipasangan yang selalu tetap, yaitu adenindengan timin (A-T), dan guanine dengan sitosin (G-S).

                                        

Berikut merupakan visualisasi dari struktur molekul DNA :

            Seutas polinukleotida pada molekul DNA tersusun atas rangkaian nukleotida. Setiap nukleotida tersusun atas :

1.                  Gugusan gula deoksiribosa

2.                  Gugusan  fosfat yang terikat pada atom C nomor 5 dari gula

3.                  Gugusan basa nitrogen yang terikat pada atom C nomor 1 dari gula

            Ketiga gugus tersebut saling terkait dan membentuk “tulang punggung” yang sangat panjang bagi heliks ganda. Strukturnya dapat diibaratkan sebagai tangga, dimana ibu tangganya adalah gula deoksiribosa dan anak tangganya adalah susunan basa nitrogen. Fosfat menghubungkan gula pada satu nukleotida ke gula pada nukleotida berikutnya untuk membentuk polinukleotida.

Gambar Struktur Kimia DNA 

            Basa nitrogen penyusun DNA terdiri dari basa purin, yaitu adenin (A) dan guanin (G), serta basa pirimidin yaitu sitosin  (C) dan timin (T). Ikatan antara gula pentosa dan basa nitrogen disebut nukleosida. Ada 4 macam basa nukleosida yaitu :

1.                  Ikatan A-gula disebut adenosin deoksiribonukleosida (deoksiadenosin)

2.                  Ikatan G-gula disebut guanosin deoksiribonukleosida (deoksiguanosin)

3.                  Ikatan C-gula disebut sitidin deoksiribonukleosida (deoksisitidin)

4.                  Ikatan T-gula disebut timidin deoksiribonukleosida (deoksitimidin)

                        DNA heliks ganda yang panjang juga mempunyai suatu polaritas. Polaritas tersebut dikarenakan salah satu ujung rantai DNA merupakan gugus fosfat dengan rantai karbon 5’ – deoksiribosa pada ujung terminal nukleotidanya. Oleh karena ujung rantai DNA lain merupakan gugus demikian pula, rantai polinukleotida merupakan suatu polaritas atau bidireksionalitas polinukleotida 3’———-5’ dan 5’———3’. Polaritas heliks ganda berlawanan orientasi satu sama lain. Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk heliks ganda berjajar secara antiparalel. Jika digambarkan sebagai berikut :

     

Disebut ujung 3 dan ujung 5

            Gugus fosfat dan gula terletak di sebelah luar sumbu. Seperti telah disebutkan di atas, nukleotida-nukleotida yang berurutan dihubungkan oleh ikatan fosfodiester. Ikatan ini menghubungkan atom C nomor 3’ dengan atom C nomor 5’ pada gula deoksiribosa. Di salah satu ujung untai polinukleotida, atom C nomor 3’ tidak lagi dihubungkan oleh ikatan fosfodiester dengan nukleotida berikutnya, tetapi akan mengikat gugus OH. Oleh karena itu, ujung ini dinamakan ujung 3’ atau ujung OH. Di ujung lainnya atom C nomor 5’ akan mengikat gugus fosfat sehingga ujung ini dinamakan ujung 5’ atau ujung P. Kedudukan antiparalel di antara kedua untai polinukleotida sebenarnya dilihat dari ujung-ujung ini. Jika untai yang satu mempunyai arah dari ujung 5’ ke 3’, maka untai komplementernya mempunyai arah dari ujung 3’ ke 5’.

2.4       KETERKAITAN BENTUK-BENTUK MATERI GENETIK

1.                  Kromatin (Chroma: berwarna; tin: benang) adalah kompleks dari asam deoksiribonukleat,protein histon dan protein non histon yang ditemukan pada inti sel eukariota. Kromatin merupakan bahan yang mudah diwarnai oleh suatu zat pewarna. Pada berbagai sel eukariota tingkat tinggi, ada dua bentuk kromatin pada tahap interfase yaitu eukromatin dan heterokromatin.Kromatin terfragmentasi dan menggumpal selama mitosis atau meiosis untuk membentuk wujud seperti batang yang disebut kromosom. Kromosom yang berkembang dari kromatin terbukti tersusun dari sejumlah besar protein dan asam-asam nukleat yang sekarang dikenal sebagai asam deoksiribonukleat. Dua pasang dari tiap protein histon tersebut yaitu histon H2A, H2B, H3 dan H4 membentuk oktamer dengan 145 hingga 147 pasangan basaasam deoksiribonukleat yang membungkusnya membentuk inti nukleosom.

            Pada berbagai sel eukariota tingkat tinggi, ada dua bentuk kromatin pada tahapinterfase yaitu eukromatin dan heterokromatin. Suatu gen yang secara normal terekspresi pada bentuk eukromatin berpindah pada daerah heterokromatin menyebabkan terjadinya peredaman gen, yaitu terhentinya ekspresi gen tersebut . Perubahan bentuk kromatin ini merupakan salah satu mekanisme epigenetika.

 

            Struktur Internal Nukleus
            Nukleus memiliki struktur internal kompleks yang berhubungan dengan perannya dalam berbagai aktivitas biokimia. Tidak seperti sitoplasma yang masing-masing kompartemennya diselubungi membran, kompartemen dalam nukleus tidak memiliki membran.
            Apabila bagian membran nukleus, DNA dan protein histon disisihkan, maka nukleus merupakan sebuah jaringan kompleks yang terdiri dari serat2 protein dan RNA yang disebut matriks nuklear.
            Di dalam nukleus, kompleks DNA-protein yang menyusun kromatin bersifat dinamis. Protein-protein nukleus yang berperan dalam ekspresi genom bergerak dari sisi aktif yang satu ke sisi aktif yang lain. Histon linker secara kontinyu terlepas dan terikat kembali pada sisi-sisi pengikatannya dalam genom. Nukleolus merupakan pusat sintesis dan prosesing rRNA.

            Domain kromatin
Kromatin adalah kompleks DNA genom dan protein kromosomal dalam nukleus eukariot. Tingkatan struktur kromatin dimulai dari level pengepakan terendah, nukleosom dan serabut 30 nm, sampai struktur kromosom paling kompak, kromosom metafase yang terjadi hanya selama pembelahan nukleus. Setelah pembelahan, seluruh kromosom menjadi kurang kompak dan tidak dapat dibedakan secara individu. Nukleus yang tidak sedang membelah memperlihatkan daerah gelap (heterokromatin) dan daerah terang (eukromatin). Heterokromatin mengandung DNA yang masih relatif kompak dibandingkan eukromatin. Terdapat dua macam heterokromatin, yaitu:
a. Heterokromatin konstitutif: bersifat permanen, merupakan bagian DNA yang tidak mengandung gen, meliputi sentromer dan telomer. Hampir seluruh bagian kromosom Y merupakan daerah heterokromatin.
b. Heterokromatin fakultatif: terdapat pada sebagian sel pada waktu-waktu tertentu, tidak bersifat permanen, Mengandung sebagian gen yang tidak aktif pada sebagian sel dan pada sebagian periode dari siklus sel. Pada saat gen2 ini tdk aktif, DNA menjadi kompak membentuk heterokromatin. Konfigurasi heterokromatin yang kompak menyebabkan protein2 yang berperan dalam ekspresi gen tdk dpt mengakses DNA.
            Eukromatin tersebar sepanjang genom eukariot. Diduga eukromatin mengandung gen2 yang aktif sehingga dapat diakses oleh protein2 ekspresi. Didalam daerah eukromatin terdapat loop-loop DNA yang terikat pada matriks nuklear dengan perantaraan segmen DNA yang kaya dengan AT yang disebut matrix-associated regions (MARs) atau scaffold attachment regions (SARs). Loop2 DNA diantara titik-titik pengikatan nuklear matriks disebut domain struktural. Domain fungsional dpt diidentifikasi bila kromatin diberi perlakuan deoksiribonuklease I (e.g. DNAse I). DNAse I tidak dapat mengakses daerah DNA yang kompak. Daerah2 yang sensitif thd DNAse I terletak disepanjang kedua sisi gen2 yang diekspresikan, diduga karena memiliki konfigurasi yang lebih terbuka.

2.5       PROSES SINTESIS PROTEIN

          

           Sintesis protein terdiri dari dua bagian utama - transkripsi dan translasi. Proses ini melibatkan asam ribonukleat (RNA), asam deoksiribonukleat (DNA) dan satu set enzim. Semua jenis asam ribonukleat, yaitu asam ribonukleat messenger (mRNA), asam ribonukleat ribosom (rRNA) dan transfer asam ribonukleat (tRNA) yang diperlukan untuk sintesis protein. Lihat informasi berikut untuk memahami dua bagian dalam proses sintesis protein.

Transkripsi

                      
           Transkripsi adalah bagian pertama dalam proses sintesis protein. Ini terjadi dalam inti sel, di mana asam deoksiribonukleat (DNA) bertempat di kromosom. Seperti kita semua tahu, DNA adalah struktur heliks ganda. Dari dua untai paralel, satu bertindak sebagai template untuk menghasilkan mRNA. Sebagai langkah inisiasi transkripsi, RNA polimerase mengikat dirinya ke situs tertentu (daerah promoter) di salah satu untai DNA yang akan bertindak sebagai template.
           Setelah keterikatannya dengan untai cetakan DNA, enzim polimerase mensintesis polimer mRNA di bawah arahan template DNA. MRNA untai terus memanjang sampai polimerase mencapai 'wilayah terminator' dalam template DNA. Dengan demikian, transkripsi DNA mencakup tiga langkah - inisiasi, elongasi dan terminasi. mRNA Yang baru ditranskripsi dilepaskan oleh enzim polimerase, yang kemudian bermigrasi ke sitoplasma untuk menyelesaikan proses sintesis protein.
Translasi

                      
           Bagian utama kedua dari proses ini adalah terjemahan. Bertentangan dengan transkripsi yang terjadi dalam inti, terjemahan berlangsung dalam sitoplasma sel. Bagian ini dimulai segera setelah mRNA ditranskripsi memasuki sitoplasma. Ribosom hadir dalam sitoplasma segera melekat pada mRNA pada situs tertentu, yang disebut kodon start. Asil tRNA amino juga mengikat pada untai mRNA. Fase ini disebut inisiasi.
           Ketika ribosom bergerak sepanjang untai mRNA, amino asil tRNA membawa asam amino satu per satu. Tahap ini tertentu disebut elongasi. Pada tahap terminasi, ribosom membaca kodon terakhir dari untai mRNA. Dengan ini, berakhir bagian terjemahan dan rantai polipeptida dilepaskan. Tepatnya bicara, dalam terjemahan, ribosom dan tRNA menempel pada mRNA, yang membaca informasi ini kode dalam rantai tersebut. Dengan demikian sintesis protein dari urutan asam amino tertentu terjadi.
           Secara keseluruhan, proses sintesis protein melibatkan transkripsi DNA untuk mRNA, yang kemudian diterjemahkan menjadi protein. Dengan demikian, kita telah melihat proses sintesis protein memerlukan koordinasi yang tepat dari RNA, DNA, enzim dan ribosom. Dan prosedur bijaksana langkah sintesis protein juga dikenal sebagai dogma sentral dalam biologi molekuler.

                                            BAB III

PENUTUP

3.1      KESIMPULAN

Ø  Fungsi nucleus:1.Mengendalikan metabolism sel,2.Menyimpaninformasi genetic (gen),  3.Mengaturekspresi gen,  4.Tempat terjadinya replicasi dan transkripsi.

Ø   Biosintesis merupakan ragam metabolisme yang bersifat anabolik, dan menghasilkan senyawa oraganikyang dibutuhkan untuk kehidupan sel atau makhluk hidup.

Ø  DNA adalah singkatan dari deoxyribonucleic acid atau asam deoksiribonukleat. DNA disebut juga asam inti atau asam nukleat.

Ø  Dinamakan ujung 3’ atau ujung OH dikarenakan di salah satu ujung untai polinukleotida, atom C nomor 3’ tidak lagi dihubungkan oleh ikatan fosfodiester dengan nukleotida berikutnya, tetapi akan mengikat gugus OH.

Ø  Dinamakan ujung 5’ atau ujung P karena ujung lainnya atom C nomor 5’ akan mengikat gugus fosfat.

Ø  ada dua bentuk kromatin pada tahap interfase yaitu eukromatin dan heterokromatin.

Ø  Sintesis protein terdiri dari dua bagian utama - transkripsi dan translasi. Proses ini melibatkan asam ribonukleat (RNA), asam deoksiribonukleat (DNA) dan satu set enzim

3.2              SARAN

v  Dalam menjawab pertanyaan dari dosen mata kuliah Biologi Sel Bapak Ainur Rofieq, perlu dilakukan beberapa percoban dan penelitian di laboratorium agar mahasiswa tidak hanya mendapatkan teori mata kuliah tetapi juga dapat mengetahui dan melihat secara langsung bagaimana bentuk molekul DNA.

v  Penjelasan dalam laporan ini mungkin kurang begitu mendapat pemahaman, untuk itu perlu diperlihatkan video bagaimana jalannya proses sintesis protein itu agar bisa lebih jelas dan mudah dipahami.

v  Tentunya laporan ini masih banyak kekurangan, sebagai penulis kami memiliki saran, agar adanya penulisan yang lebih lanjut mengenai materi “Nukleus dan Materi Genetik” agar ilmu ini dapat berkembang dan berguna bagi generasi selanjutnya.

3.3       DAFTAR PUSTAKA

 Setyaningsih Eko.2007. Sains Biologi SMA/MA. Jakarta:Sinar Grafika

http://smabiologi.blogspot.com/2013/07/proses-sintesis-protein.html

http://makalahtugasku.blogspot.com/2012/10/fungsi-dan-penjelasan-sel-tumbuhan-dan.html 

http://kirei-shizen.blogspot.com/2011/12/biosintesis.html

http://principialuis.tumblr.com

http://chem.ucsb.edu

http://science.howstuffworks.com