Modul Materi kelas XII IPA SMU

BAB I

PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN

A. Pertumbuhan

            Pertumbuhan adalah proses pertambahan (jumlah, massa, volume) sel, bersifat kuantitatif (dapat terukur) dan tidak dapat kembali (irreversible).

            Dalam proses pertumbuhan dipengaruhi oleh factor-faktor sebagai berikut:

1. Faktor Luar, yang meliputi:

               a. Nutrisi (makroelemen : C, H, O, N, P, S, Ca, K, Mg ; mikroelemen : 

                   B, Br, Cu, Co, Mn, Zn, Fe, Ni)

               b. Cahaya (berhubungan dengan fotoperiodisme).

               c. Suhu (suhu optimum), Gravitasi

               d. Kelembapan, air (imbibisi à mengaktifkan enzim hidrolitik), oksigen

                   (respirasi), pH

2. Faktor Internal, yang meliputi Gen sebagai pusat kendali genetik serta hormon

    sebagai produk dari ekspresi gen.

            Dalam proses pertumbuhannya tumbuhan memulai proses tersebut melalui 2 proses pertumbuhan yaitu:

1. Pertumbuhan primer à terjadi pada bagian meristem apikal/ujung/pucuk/primer.

            Pada pertumbuhan ini terdapat 3 daerah utama yang terbentuk pada proses pertumbuhan tersebut meliputi:

1. Daerah pembelahan sel à pada daerah titik tumbuh akar dan batang.
2. Daerah pemanjangan sel à berada tepat dibelakang daerah pembelahan.
3. Daerah diferensiasi sel à pada daerah ini terjadi proses pembentukan jaringan-jaringan.

2. Pertumbuhan sekunder à terjadi pada bagian meristem sekunder/lateral.

            Pada pertumbuhan ini melibatkan peran dari kambium yang terdiri dari:

1. Kambium fasikuler : membentuk struktur xilem dan floem sekunder (lingkaran tahun).
2. Kambium interfasikuler : membentuk struktur jari-jari empulur
3. Kambium gabus (felogen) : membentuk struktur periderm (kulit kayu) yaitu kearah luar membentuk felem dan kedalam membentuk feloderm.

Pada proses pertumbuhan tumbuhan, terdapat 2 teori titik tumbuh yaitu:

a. Teori Histogen dari Hanstein yang membagi titik tumbuh akar dan batang menjadi 3 bagian:

1. Dermatogen à membentuk epidermis

2. Periblem à membentuk kortek

3. Plerom à membentuk stele

b. Teori Tunika Korpus dari Schmidt yang membagi daerah pertumbuhan menjadi 2 bagian:

1. Tunika à lapisan sel yang aktif di bagian luar

2. Korpus à lapisan sel sebelah dalam yang aktif membelah ke segala arah.

      Pertumbuhan pada tumbuhan juga dipengaruhi oleh beberapa hormon-hormon penting yaitu:

1. Auksin (IAA = Indol acetic Acid) à memacu pemanjangan sel bagian pucuk, mempercepat diferensiasi, memacu pembengkokan batang, merangsang pembentukan akar lateral dan serabut, merangsang pembelahan sel kambium vaskuler, memacu dominasi apikal, merangsang perbungaan dan pembentukan buah, merangsang partenokarpi.
2. Giberelin à menstimulasi pemanjangan dan pembelahan sel, mempercepat pertumbuhan, perkecambahan biji (memecah dormansi) dan tunas, pertumbuhan bunga serta partenokarpi (menghambat pembentukan biji).
3. Sitokinin à merangsang pembelahan sel, pembentukan organ, menunda penuaan (menunda pengguguran daun, bunga dan buah), memacu pertumbuhan kuncup lateral (menekan dominasi apikal), memacu pembesaran sel kotiledon dikotil.
4. Gas etilen à merangsang penuaan, pengguguran daun, perbungaan, pemasakan buah, menghambat pemanjangan batang.
5. Asam absisat (ABA) à menghambat pertumbuhan (dormansi), membantu pengguguran daun.
6. Kalin à meliputi Rhizokalin (merangsang pembentukan akar), Kaulokalin (merangsang pembentukan batang), Filokalin (merangsang pembentukan daun), dan anthokalin (merangsang pembentukan bunga).
7. Asam traumalin à mempercepat penyembuhan luka.

B. Perkembangan

            Perkembangan merupakan proses menuju kedewasaan dengan sifat tidak dapat terukur (kualitatif) dan juga irreversible.

            Sedangkan pertumbuhan dan perkembangan pada hewan meliputi beberapa tahapan fase embrionik, yaitu:

a.    Pembelahan (Cleavage) dan Blastulasi à Zigot setelah terbentuk akan mengalami Cleavage dimulai di bagian oviduct dan dalam 5-10 hari akan melakukan nidasi sendiri pada dinding uterus (endometrium). Setelah tahap tersebut kan melakukan pembelahan secara mitosis menjadi sekitar 64 sel dan membentuk morula. Morula kan berkembang menjadi sebuah bola berongga disebut blastula dengan susunan sel berukuran kecil (mikromer) dan sel berukuran besar (makromer).

b.    Gastrulasi à merupakan proses pembentukan lapisan embrional yang akan menentukan terhadap tipe lapisan tubuh organisme. Pada vertebrata akan terbentuk 3 lapisan embrional yaitu ektoderm, mesoderm dan endoderm.

c.    Morfogenesis à merupakan proses terjadinya gerakan morfogenetik dari lapisan sel-sel untuk menuju pembentukan jaringan.

d.    Diferensiasi dan Spesialisasi à merupakan proses perubahan struktur, bentuk dan fungsi sel. Hasil dari proses ini 3 lapisan embrional akan membentuk jaringan spesifik.

e.    Induksi embrionik à proses saling mempengaruhi antar lapisan sel sebelum terbentuk organ.

f.     Organogenesis à proses pembentukan organ pada embrio.

     

      Gambaran skematik proses pembentukan embrio sampai fase fetus  (pre natal) seperti gambar berikut:

BAB II

METABOLISME

            Metabolisme terdiri dari proses sintesis senyawa kompleks (anabolisme) dan penguraian senyawa kompleks (katabolisme).

A. Enzim

            Enzim adalah molekul protein yang berperan sebagai biokatalisator dengan karakteristik terdiri dari bagian:

1. Apoenzim à merupakan bagian protein yang labil

b.                                                        Gugus prostetik à 1. Koenzim à senyawa organik, ex: NADH, FADH, CoASH

                                     2. Kofaktor à ion logam, ex: Cu²⁼, Zn²⁺, Fe²⁺

            Enzim bekerja dengan cara mempercepat reaksi, menurunkan energi aktivasi serta tidak mengubah kesetimbangan reaksi kimia yang dikatalis. Enzim bekerja dengan dipengaruhi oleh konsentrasi substrat, enzim sendiri, suhu, dan pH. Enzim memiliki suatu bagian celah aktif/sisi aktif yang merupakan tempat ikatan kimia antara enzim dengan substrat selama reaksi terjadi.

B. Respirasi

            Respirasi sebagai suatu proses pembongkaran senyawa untuk menghasilkan energi terbagi menjadi dua kelompok berdasarkan kebutuhan terhadap oksigen, yaitu respirasi aerobik à oksigen sebagai akseptor hidrogen terakhir dan respirasi anaerobik à akseptor hidrogen senyawa seperti asetaldehid dan asam piruvat.

            Respirasi aerobik terjadi menjadi 4 tahap utama, yaitu “Ge De Si Rae”.

1. Glikolisis
2. Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat (DOAP)
3. Siklus Kreb’s (Siklus Asam Sitrat)
4. Rantai Transfer Elektron

     

Gambaran umum dari beberapa proses respirasi diatas seperti bagan berikut ini:

1. Glikolisis

heksokinase

Tahap I-V (awal):

1. Glukosa + ATP  ---------------------------------------> Glukosa 6-fosfat + ADP

	fosfoglukoisomerase

 

2. Glukosa 6-fosfat ---------------------------------------> Fruktosa 6-fosfat

	fosfofruktokinase

 

3. Fruktosa 6-fosfat + ATP ------------------------>  Fruktosa 1,6- bifosfat + ADP

	aldolase

 

4. Fruktosa 1,6-bifosfat ---------------------->  gliseraldehid 3- fosfat (PGAL) + DHAP

	Triosafosfat isomerase

 

5. DHAP (dihidroksiasetonfosfat) <---------------------------> PGAL

Gliseraldehid 3 fosfat dehidrogenase

Tahap VI – X (akhir):

6. PGAL + Pi + NAD⁺ ----------------------------------> 1,3-bifosfogliserat + NADH + H⁺

	fosfogliseratkinase

 

7. fosfogliseratmutase

   1,3-bifosfogliserat + ADP -------------------------------> 3-fosfogliserat + ATP

8. enolase

   3-fosfogliserat ------------------------------------> 2-fosfogliserat

9. 2-fosfogliserat -----------------------------------> fosfoenolpiruvat

	piruvatkinase

 

10. Fosfoenolpiruvat  + ADP + H⁺ ---------------------------------> piruvat + ATP

Pada proses glikolisis dapat disimpulkan yaitu:

Tempat : Sitoplasma

Bahan : 1 molekul Glukosa

Produk akhir : 2 ATP, 2 NADH, 2 molekul asam piruvat

2. Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat

            Pada proses ini merupakan suatu reaksi antara sebelum produk glikolisis dapat masuk ke siklus kreb’s. Gambaran singkat dari proses ini seperti bagan berikut ini:

Pada proses DOAP dapat disimpulkan yaitu:

Tempat :Matriks mitokondria

Bahan : 2 molekul Asam piruvat

Produk akhir : 2 molekul asetil KoA, 2 NADH, dan juga terbentuk CO₂

3. Siklus Kreb’s

            Pada siklus kreb’s produk dari reaksi antara (DOAP) yaitu asetil KoA akan menjadi senyawa yang memediasi konversi asam oksaloasetat menjadi asam sitrat sehingga siklus kreb’s juga disebut asam sitrat. Gambaran skematik dari siklus kreb’s seperti pada gambar berikut ini:

Pada proses siklus kreb’s dapat disimpulkan yaitu:

Tempat :Matriks mitokondria

Bahan : 2 molekul Asetil KoA

Produk akhir : 2 ATP, 2 FADH, 6 NADH, dan juga terbentuk CO₂

4. Rantai Transfer Elektron

            Pada proses ini senyawa NADH dan FADH hasil 3 proses sebelumnya akan dikonversi menjadi ATP melalui suatu rantai respirasi. Reaksi kimia yang terjadi pada proses ini sebagai berikut:

            NADH + H⁺ + 3ADP + 3Pi + ½ O₂  --------> NAD⁺ + 4 H₂O + 3 ATP

            FADH + H⁺ + 2ADP + 2Pi + ½ O₂  --------> FAD⁺ + 4 H₂O + 2 ATP

            Jadi pada proses ini dapat disimpulkan bahwa:

Tempat :Membran dalam mitokondria

Bahan : 10 molekul NADH dan 2 molekul FADH

Produk akhir : 34 ATP dan juga terbentuk H₂O.

Hasil akhir dari keseluruhan proses diatas adalah 38 ATP jika melewati suatu komplek electron shuttle yaitu malate-aspartate shuttle, tetapi jika terjadi transfer elektron melalui gliserol-3-phospat shuttle akan terbentuk 36 ATP.

Sedangkan untuk jalur respirasi Anaerobik dapat terjadi melalui 2 jalur yaitu fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat. Kedua proses ini juga mengalami fase glikolisis sampai terbentuk molekul asam piruvat. Selanjutnnya jika terjadi fermentasi alkohol, molekul asam piruvat akan dikonversi menjadi etanol. Reaksi ringkas dari proses tersebut adalah:

Glukosa -----> asam priruvat ------> ethanol(C₂H₅OH) + CO₂ + energi

Peristiwa diatas dibantu dengan adanya enzim yang dimiliki oleh ragi dan melalui proses anaerobik terbentuk alkohol.

            Pada fermentasi asam laktat senyawa asam piruvat selanjutnya akan dikonversi menjadi asam laktat yang terjadi di sel-sel otot. Gambaran ringkas reaksi tersebut sebagai berikut:

   Glukosa -----> asam piruvat ------> asam laktat (C₃H₆O₃) + CO₂ + energi

Tetapi pada hasil fermentasi asam laktat melalui proses glukoneogenesis asam laktat akan dapat membentuk glukosa kembali setelah konsentrasinya meningkat/tertimbun di otot.

C. Fotosintesis

            Fotosintesis merupakan suatu proses anabolisme yang melibatkan cahaya matahari serta klorofil dalam kloroplas sebagai akseptor elektron. Proses fotosintesis terjadi melalui 2 reaksi utama:

1. reaksi terang (reaksi Hill à dikemukakan oleh Robert Hill):

            Terjadi pada membran tilakoid dan terjadi proses fotolisis air menjadi O₂ dan ion H⁺.

Pada reaksi ini terjadi proses fotofosforilasi yang melibatkan kompleks fotosistem I dan II. Hasil dari fotosistem tersebut adalah H₂O (dari fotosistem II) dan ATP serta NADPH (dari fotosistem I). ATP dan NADPH akan terbentuk jika mengalami fosforilasi non siklik, sedangkan jika terjadi fosforilasi siklik hanya terbentuk ATP dan tidak melibatkan fotosistem II. Gambaran skematik dari proses reaksi terang adalah sebagai berikut:

            Pada proses reaksi terang diatas dari 5 macam jenis klorofil, klorofil a menjadi pusat reaksi dan dibantu oleh pigmen karoten sebagai pengarah aliran elektron ke pusat reaksi. Proses fotosistem pada reaksi ini tergantung pada cahaya dengan panjang gelombang tertentu seperi dibawah ini:

2. Reaksi gelap (terjadi daur calvin/daur C3)

            Terjadi pada bagian stroma kloroplas yang dibagi menjadi 3 proses penting yaitu:

1. karboksilasi à fikasasi CO₂ oleh RuBP dan pembentukan APG
2. Reduksi APG menjadi PGAL
3. Regenerasi kembali RuBP untuk berikatan kembali dengan CO₂.

Produk dari reaksi gelap adalah glukosa yang akan diplomerisasi menjadi polisakarida amilum/pati/zat tepung.

            Gambaran reaksi enzimatik pada daur calvin adalah sebagai berikut:

            Pada tumbuhan tertentu terdapat siklus lain yang pada akhirnya akan menghasilkan polimer seperti hasil dari daur C3 tetapi fiksator CO₂ bukan RuBP tetapi senyawa lain yaitu PEP (Phospoenolpiruvat ) seperti daur Hatch-Slack/daur C4 pada tanaman kaktus, jagung, tebu dan daur CAM (crassulaceaen acid metabolism) pada tumbuhan sukulen dan nanas.

            Daur C4 dan daur CAM terlihat seperti gambar berikut ini:

Daur C4

Daur CAM

D. Kemosintesis

            Merupakan proses asimilasi karbon yang terjadi pada bakteri kemoautotrof tanpa bantuan klorofil. Bakteri tersebut akan mengoksidasi senyawa anorganik tertentu menjadi senyawa organik pada proses asimilasi karbon.

            Bakteri yang terlibat dalam proses ini seperti:

a.    Nitrosomonas dan Nitrosococcus (mengubah amoniak menjadi asam nitrit)

                  2NH₃ + 3O₂ à 2HNO₂ + 2 H₂O + Energi

b.    Nitrobacter (mengubah asam nitrit menjadi asam nitrat)

                  2HNO₂ + O₂ à 2HNO₃ + Energi

c.    Thiobacillus, Begiaota (mengubah sulfur menjasi asam sulfat)

                  2S + 2H₂O + 3O₂ à 2H­₂SO₄ + Energi (284,4 kal)

BAB III

SUBSTANSI GENETIK

            Dalam proses regenerasi, kontrol genetik sangat ditentukan oleh mekanisme kerja gen yang terdapat dalam kromosom sel makhluk hidup. Gen berada baik pada organisme eukariot maupun prokariot.

            Kromosom sendiri sebagai tempat gen berada memiliki bentuk yang berbeda-beda tiap nomor kromosom pada sel makhluk hidup yang bersangkutan. Kromosom merupakan suatu molekul nukleoprotein yang terdiri dari Asam nukleat dalam hal ini yaitu benang DNA yang terkondensasi membentuk struktur seperti solenoid padat dan terikat oleh suatu protein pemintal/pemampat benang DNA tadi yang dikenal dengan protein histon. Secara umum  protein dari kromosom memang utamanya disusun oleh 5 macam protein histon dan beberapa molekul protein lainnya. Protein histon kaya dengan asam amino lisin dan arginin. Protein histon bermuatan positif karena memiliki gugus amino bebas yang mudah berikatan dengan DNA yang memiliki muatan negatif karena banyak mengandung gugus phospat. Akibatnya keduanya akan membentuk struktur seperti solenoid. Kromosom berdasarkan bentuknya dikategorikan menjadi 4 macam yaitu:

1.    Telosentrik à jumlah lengan 1 dengan sentromer di salah satu ujung

2.    Akrosentrik à lengan tidak sama panjang dan sentromer mendekati salah

                              satu ujung

3.    Submetasentrik à lengan tidak sama panjang dan letak sentromer di

                              tengah serta berbentuk seperti huruf  L atau J

4.    Metasentrik à memiliki lengan sama panjang dan letak sentromer di

                              tengah serta bentuk seperti huruf  V

            Sedangkan berdasarkan fungsinya kromosom dibedakan menjadi kromosom sex (gonosom) dan kromosom tubuh (autosom).

Gambaran struktur dari kromosom makhluk hidup adalah sebagai berikut:

            Gen sendiri adalah merupakan segmen/penggalan dari benang DNA kromosom yang nantinya akan diterjemahkan menjadi produk penting gen yaitu Protein. Segmen gen ini sendiri yang biasanya disebut dengan lokus gen. Sedangkan gen-gen yang menempati suatu lokus yang bersesuaian dari kromosom homolog (kromosom dengan bentuk, fungsi dan komposisi sama) dikenal dengan alela. Gen sendiri sebagai suatu segmen DNA akan menduplikasi pada saat reproduksi sel/pembelahan sel sesuai dengan fungsi gen sebagai penyampai informasi genetik pada generasi selanjutnya.

            Asam nukleat yang menjadi syarat fundamental suatu benda dikatakan hidup terdiri 2 macam yaitu DNA dan RNA. DNA memiliki unit tunggal/monomer yang biasa disebut nukleotida yang terdiri dari Gula pentosa, Phospat dan Basa Nitrogen. DNA yang memiliki rantai panjang nukleotida lazim disebut dengan polinukleotida.

            DNA (Deoxyribonucleotide Acid) dan RNA (Ribonucleotide Acid) masing-masing memiliki karakteristik  yang khas seperti pada tabel berikut:

No	Ciri-ciri	DNA	RNA
1	Gula Pentosa	Deoksiribosa	Ribosa
2	Tempat/Letak	Inti, mitokondria, kloroplas	Sitoplasma, ribosom, mitokondria, plastida, dan ribosom
3.	Komposisi Basa Nitrogen	Purin; adenin (A) dan guanin (G) Pirimidin : sitosin (C/S) dan timin (T)	Purin; adenin (A) dan guanin (G) Pirimidin : sitosin (C/S) dan Urasil (U)
4	Fungsi	Sintesis protein dan hereditas	Sintesis protein
5	Bentuk	Double strand/untai ganda heliks/berpilin	Singgle strand/untai tunggal

RNA yang terlibat dalam sintesis protein terdiri dari 3 macam, yaitu:

a.    RNAd (RNA duta) atau mRNA (mesenger RNA) à disintesis oleh DNA inti dan berperan untuk membawa pesan genetik dari DNA template/cetakan DNA.

b.    tRNA (transfer RNA) à disintesis oleh DNA mitokondria dan berperan dalam proses polimerisasi asam amino saat sintesis protein dengan membawa asam amino sesuai kode dari mRNA/RNAd.

c.    rRNA (ribosomal RNA) à disintesis oleh DNA inti dan berperan dalam sintesis protein di ribosom serta sebagai unsur struktural ribosom.

Gambaran dari beberapa nukleotida pada DNA seperti skema berikut ini:

Replikasi DNA

            Dalam proses genetik di dalam sel, DNA memiliki sifat heterokatalitik artinya dapat mensintesis senyawa lain dan juga bersifat autokatalitik yaitu dapat menduplikasikan dirinya sendiri melalui proses replikasi DNA.

Dari penelitian yang dilakukan oleh para ahli biosains, ada 3 hipotesis yang diberikan untuk menggambarkan peristiwa replikasi DNA, yaitu:

1.    Secara Konservatif à DNA induk tidak membuka(memisah)/keseluruhan untai induk dipertahankan tetapi tetap sebagai acuan sintesis dan molekul DNA induk akan membentuk molekul DNA baru.

2.    Secara Semikonservatif à DNA induk akan memisah dan masing-masing akan membentuk untai DNA baru sehingga hasil akhir adalah pita DNA terdiri dari DNA induk dan DNA lama dan baru.

3.    Secara Dispersif à DNA induk putus menjadi beberapa bagian kemudian segmen-segmen DNA parental baru akan terbentuk menempati berselang-seling pada untai DNA yang baru.

Namun sampai saat ini yang dijadikan acuan untuk proses replikasi DNA adalah model hipotesis kedua yaitu semikonservatif seperti yang diajukan oleh eksperimen M. S. Meselson dan F. W. stahl (1958) dengan subjeknya bakteri E. coli. Model replikasi DNA seperti hipotesis dari pakar tersebut seperti gambar berikut ini:

Sintesis Protein

Secara ringkas proses sintesis protein terjadi dengan urutan sebagai berikut:

1.    DNA template pada benang DNA sense akan membentuk mRNA/RNAd dengan bantuan enzim RNA polimerase di nukleus à terjadi proses transkripsi.

2.    mRNA yang terbentuk akan membawa kode-kode genetik dari DNA template menuju sitoplasma untuk bertemu dengan tRNA yang telah membawa asam amino sesuai dengan kode mRNA dibantu dengan ribosom à terjadi proses translasi. 

3.    Asam-asam amino akan terangkai dengan ikatan peptida membentuk suatu polipeptida/protein.

            Pada bagian mRNA terdapat kode-kode genetik yang terdiri dari 3 basa nitrogen/triplet yang disebut kodon dan akan berpasangan dengan triplet dari tRNA yang disebut antikodon saat translasi di sitoplasma.

Gambaran skematik dari proses sintesis protein seperti skema berikut ini:

BAB IV

REPRODUKSI SEL

            Setiap sel dalam regenerasinya akan mengalami peristiwa pembelahan (division). Dalam proses pembelahan sel dikenal ada 3 macam yaitu amitosis, mitosis dan meiosis.

            Pada pembelahan secara amitosis (direct division) terjadi tanpa adanya suatu tahapan pembelahan yang diawali oleh proses kariokinesis/pembagian inti serta dilanjutkan dengan sitokinesis/pembagian sitoplasma. Peristiwa pembelahan ini biasanya terjadi pada kelompok protista yaitu protozoa dan alga satu sel/uniseluler serta pada kelompok bakteri.

Dalam proses siklus sel, terjadi 4 tahapan utama sebelum dihasilkan sel anak yaitu:

1. tahap G₁ à yaitu tahap sintesis komponen sel (tumbuh primer) yang terjadi sekitar kurang lebih 9 jam.
2. tahap S à yaitu tahap sintesis dimana terjadi proses duplikasi/ replikasi DNA yang terjadi kurang lebih sekitar 10 jam.
3. tahap G₂ à yaitu tahap pertumbuhan sekunder sampai menjelang mitosis dengan waktu sekitar 2 jam
4. Mitosis à tahap pembelahan sel dengan 4 tahapan dengan rentang waktu 1 jam.

Tahapan dari G_{1 –} S – G₂ dikenal dengan tahapan Interfase (“tahap istirahat”) dalam siklus sel.

Mitosis

            Memiliki 4 tahapan utama yaitu : P-M-A-T

1. Profase à memiliki ciri utama membran nukleus dan nukleolus menghilang, kromosom menebal, sentriol migrasi pada 2 kutub yang berbeda, spindel pembelahan mulai terbentuk.
2. Metafase à memiliki ciri kromosom berada tepat pada bagian ekuator pembelahan, serta bagian spindel telah berikatan dengan kromatid
3. Anafase à memiliki ciri terjadi pergerakan kromatid menuju 2 kutub berbeda setelah sentromer membelah.
4. Telofase à memiliki ciri yaitu terbentuk cincin aktin, terjadi sitokinesis, terjadi pembentukan membran nukleolus kembali.

Meiosis

            Merupakan pembelahan sel yang memiliki 2 tahapan yaitu meiosis I dan meiosis II.

            Meiosis I à disebut pembelahan reduksi karena terjadi reduksi set kromosom pada tahapan pembelahannya. Terdiri dari 4 fase:

a. Profase I à memiliki 5 tahap utama:

·         Leptoten : kromosom mengalami penebalan seperti bentuk single.

·         Zigoten : kromosom yang homolog membentuk bivalen (berpasangan)

·         Pakiten : terjadi pemendekan bivalen

·         Diploten : kromatid memisah membentuk tetrad setelah homolog merenggang

·         Diakinesis : sentromer dari homolog kromosom tadi merenggang dan terjadi pemendekan kromatid

b. Metafase I à bentukan bivalen dari kromosom homolog berjejer di tengah bidang pembelahan.

c. Anafase I à terjadi pemisahan kromatid menuju kutub yang berlawanan.

d. Telofase I à terjadi sitokinesis dan terbentuk 2 sel anak yang haploid.

            Pada meiosis I terjadi peristiwa penting yaitu pindah silang/crossing over pada bagian lengan non sister chromatid (kromatid bukan kakak beradiik dari sepasang kromosom homolog)  sehingga akan terbentuk sel anak yang tidak lagi identik dengan induk (tahap Diploten Profase I).

            Meiosis II à disebut juga pembelahan equational  karena hanya terjadi tahapan pembelahan seperti “mitosis”. Tahapan pada meiosis II meliputi:

a.Profase II

b.Metafase II

c.Anafase II

d.Telofase II

Secara ringkas perbedaan antara mitosis dengan meiosis seperti tabel berikut:

No	Pembeda	Mitosis	Meiosis
1	Tempat terjadinya	Secara umum di sel tubuh/sel somatis, tetapi juga terjadi pada proliferasi sel induk gamet dan pembentukan gamet	Terjadi pada pembentukan sel germinal/sel kelamin
2	Tujuan	Proliferasi/perbanyakan sel dan regenerasi sel	Untuk mengurangi set kromosom sel induk
3	Jumlah sel anak	2 sel	4 sel
4	Kromosom sel anak	2n à 2n atau n à n	2n à n
5	Sifat sel anak	Identik dengan sel induk	Tidak identik dengan sel induk

   

 

BAB V

POLA-POLA HEREDITAS DAN HEREDITAS MANUSIA

           

            Pada dasarnya prinsip pewarisan sifat dari induk pada filial/keturunannya pertama kali dikemukakan oleh percobaan dengan Pisum sativum (ercis) oleh Mendell (1822-1884). Mendell mengemukakan 2 hukum yang terkait dengan hereditas yaitu:

A. Hukum Mendell

            Hukum Mendell I (segregasi) à dalam proses gametogenesis pada individu heterozigot akan terjadi pemisahan gen secara bebas. Hukum ini diperoleh pada persilangan genotip monohibrid.

Misalnya, pada individu dengan genotip Bb akan menghasilkan gamet B dan b saat gametogenesis.

            Hukum Mendell II (asortasi) à gen-gen dari sepasang alela akan memisah selama meiosis dan akan membentuk gamet kembali secara bebas.

Misalnya, pada individu dengan genotip BbKk à B --->K = BK

                                                                                B ---> k = Bk

                                                                                b ---> K = bK

                                                                                b ---> k  = bk

Hukum Mendell II diperoleh pada persilangan genotip dihibrid.

            Dari hukum Mendell diatas sifat dominan akan menutupi terhadap sifat resesif ketika terjadi persilangan (hibrid). Disamping itu dalam persilangan organisme terjadi beberapa penyimpangan dari hukum Mendell yang biasanya dikenal dengan penyimpangan semu hukum Mendell.

B. Penyimpangan Semu Hukum Mendell

            Peristiwa yang termasuk di dalam penyimpangan semu hukum Mendell antara lain:

a.    Intermediet à muncul ketika sifat dominan bertemu dengan sifat resesif dalam arti pada kondisi heterozigot sifat dominan tidak lagi sepenuhnya menutupi sifat resesif karena keduanya memiliki probabilitas sama. Contoh: munculnya warna merah muda pada persilangan bungan warna merah dan putih.

b.    Epistasis dan hipostasis à muncul pada persilangan dimana gen dominan atau resesif menutupi terhadap gen dominan atau resesif yang lain yang bukan alelanya dimana gen yang menutupi bersifat epistasis dan yang tertutupi bersifat hipostasis. Hasil persilangan ini akan menghasilkan perbandingan fenotip 12 : 3 : 1.  Contoh: warna gandum bulu ayam, warna tubuh mencit, dll.

c.    Kriptomeri  à muncul karena satu gen dominan yang tidak memunculkan pengaruhnya jika sendiri tanpa gen dominan lanilla dan apabila gen dominan tersebut bergabung akan memunculkan individu dengan fenotip baru. Hasil persilangan seperti ini akan memiliki perbandingan fenotip 9: 3 : 4. Contoh: Hasil persilangan oleh Correns (1912) pada bunga Linaria maroccana.

d.    Polimeri à  muncul akibat terjadi pembastaran heterozigot dengan banyak sifat beda yang berdiri sendiri Namur mempengaruhi bagian yang sama pada organisme. Hasil persilangan ini akan menghasilkan perbandingan fenotip 15 : 1. Contoh: kulit gandul, kulit manusia, dll.

e.    Interaksi antargen à terjadi karena interaksi saling mempengaruhi antara 2 pasang gen atau lebih. Tetapi hasil hibrid ini tidak menyimpang dari perbandingan fenotip dihibrid hukum Mendell yaitu 9 : 3 : 3 : 1, akan tetapi muncul dua sifat baru yang berbeda dari parentalnya. Contoh: pial pada ayam.

f.     Gen Komplementer à terjadi akibat interaksi antar gen yang saling melengkapi dan apabila salah satu gen tidak muncul, maka ekspresi statu karakter akan hilang. Perbandingan fenotip hasil persilangan ini 9 : 7. Contoh: bisu tuli pada manusia, pigmen pada kacang Manis (Lathyrus odoratus).

C. Tautan/Pautan serta Pindah Silang (Crossing over)

            Peristiwa tautan dikemukakan oleh Sutton dimana dia berpendapat bahwa jika ada gen –gen yang mengendalikan dua sifat beda berada pada kromosom yang sama maka gen-gen tersebut tidak dapat memisah secara bebas. Disamping itu untuk gen-gen yang berdekatan lokusnya akan cenderung memisah bersama-sama à disebut linkage (tautan). Kondisi tautan dapat diuji dengan tes cross dihibrid. Jika;

1.    gen bebas (tidak ada tautan) à perbandingan fenotip F₂ = 1 : 1 : 1 : 1

2.    Pautan sempurna à jika KP (kombinasi parental) : RK (rekombinan)

                                         adalah  1 : 1

3.    Tautan tak sempurna (pindah silang/crossing over) à KP > 50% dan RK

                                                                                             < 50%.

      (baik pada susunan gen sis/ n : 1 : 1 : n  atau trans/ 1 : n : n : 1)

D. Tautan Sex (Sex linkage)

            Pertama kali dikemukakan oleh T. H. Morgan (1901) yang menyimpulkan bahwa dari percobaan dengan D. melanogaster  gen warna mata tertaut pada kromosom X dan warna merah dominan terhadap putih. Contoh gen yang tertaut pada kromosom Y adalah penyakit Hypertrichosis.

E. Gagal berpisah Non disjunction)

            Calvin B. Bridge kelompok dari Morgan memberikan suatu kesimpulan bahwa pada saat pembentukan sel kelamin kadang-kadang kromosom kelamin tidak memisah secara bebas dan tetap tidak memisah bersama-sama. Akibat peristiwa ini pada manusia muncul sindrom turner, klinefelter, wanita super, pria XYY.

F. Gen Letal

             Gen dominan ataupun resesif dalam keadaan homozigot akan menyebabkan kematian individu. Contoh gen letal dominan à Brakifalangi, Huntington Disease HD, gen A* pada tikus. Sedangkan gen letal resesif à gen ictyosis congenita, gen m pada sapi, gen g pada jagung.

G. Hereditas Pada Manusia

            Cacat bawaan dan penyakit menurun pada manusia dibedakan menjadi 2 yaitu yang terpaut pada autosom dan terpaut pada sex kromosom.

a. Penyakit menurun yang terpaut autosom

1. autosomal resesif

Ø  Albinisme (bulai) à kelainan pigmen melanin karena ketidakmampuan pembentukan enzim yang mengkonversi asam amino tirosin menjadi beta-3,4-dihidroksiphenylalanin yang nantinya akan dirubah menjadi pigmen melanin.

Ø  PKU (phenylketonuria) à penyakit gangguan mental akibat ketidakmampuan konversi phenylalanin menjadi tirosin, dimana konsentrasi yang tinggi dari phenylalanin dalam darah akan mengganggu perkembangan otak.

Ø  Cystic fibrosis (CF) à terjadi kelainan metabolisme protein sehingga terjadi kemunduran organ-organ tubuh.

Ø  Tay-sach à terjadi degenerasi saraf, intelektual dan lemah otot.

Ø  DM (Diabetes Mellitus) à penyakit akibat terjadi proses hyperglikemia

2. Autosomal dominan

Ø  Thalasemia à penyakit yang menyebabkan eritrosit hemolisis, bentuk tak teratur, kadar Hb rendah.

Ø  Polidaktili à memiliki kelebihan jari pada tangan atau kaki.

Ø  Dentinogenesis Imperfecta à kelainan gigi dimana dentin berwarna putih susu.

Ø  Retinal aplasia à kelainan yang menyebabkan lahir dalam kondisi buta.

Ø  Anonychia à kelainan tidak tumbuhnya kuku dari beberapa jari tangan atau kaki atau tidak tumbuh sama sekali.

b. Penyakit menurun yang terpaut sex kromosom

1. Terpaut pada kromosom Y dan bersifat resesif

Ø  Gen resesif wt à tumbuh kulit disela-sela jari kaki/tangan

Ø  Gen resesif hg à tumbuh rambut panjang dan kaku di permukaan tubuh.

Ø  Gen resesif hp à penyakit hipertrikosis yaitu tumbuh rambut pada bagian tubuh tertentu seperti di tepi daun  telinga.

2. Terpaut pada kromosom X dan bersifat resesif

Ø  Buta warna (colour blind) à kelainan tidak bisa membedakan warna baik sebagian ataupun total. Genotip pada penderita ini yaitu:

      X^cbY (laki-laki buta warna), XY (normal), X^cbX^cb (wanita buta warna), XX^cb (wanita carier/heterozigot), XX (normal).

Ø  Hemofilia à kelainan dimana darah sukar membeku. Dibedakan menjadi 2 yaitu hemofilia A (penderita tidak memiliki antihemofilia globulin [ A HG ] ) dan hemofilia B (penderita tidak memiliki faktor plasma tromboplastin komponen [PTK] ). Genotip pada penderita ini yaitu:

      XY (normal), X^hY (laki-laki hemofilia), XX (normal), X^hX^h (wanita    hemofilia), dan XX^h (wanita carier/heterozigot).

Ø  Anodontia à penderita tidak memiliki benih gigi sama sekali pada tulang rahangnya dan disandi gen a.

Ø  Sindrom Lesch-Nyhan à penderita mengalami pembentukan purin berlebihan terutama basa guanin. Lambang dari gen untuk penyakit ini yaitu in. Penderita akan sering kejang, sering merusak jaringan di bibir, kuku, sukar menelan dan muntah-muntah.

Ø  Hidrosefali tertaut X à terjadi pembesaran rongga kepala akibat penimbunan cairan serebrospinal.

c. Golongan darah

1. Sistem A B O à oleh  Karl Landsteiner (1900)

Golongan darah A à homozigot (I^AI^A), heterozigot (I^AI^O)

Golongan darah B à homozigot ( I^BI^B), heterozigot (I^BI^O)

Golongan darah AB à bergenotip (I^AI^B)

Golongan darah O à bergenotip (I^OI^O)

2. Sistem Rhesus à oleh Karl Landsteiner dan A. S. Wiener (1940)

Rhesus positif à memiliki antigen Rh pada darahnya

                            Genotip: Rh Rh = RR dan Rh rh = Rr

Rhesus negatif à tidak memiliki antigen Rh pada darahnya

                            Genotip: rh rh = rr

Jika terjadi pernikahan antara pria rhesus positif (RR) menikah dengan wanita rhesus negatif (rr) akan menghasilkan filial rhesus positif Rr dimana antigen Rr pada darah bayi akan di aglutinasi oleh antibodi ibu sehingga memunculkan peristiwa eritroblastosis fetalis.

3. Sistem MN à oleh Karl Landsteiner dan P.Levine (1927)

            Pada golongan darah ini diketahui terdapat antigen M dan N pada eritrosit.

            Golongan darah M à genotip L^ML^M

            Golongan darah N à genotip L^NL^N

            Golongan darah MN à genotip L^ML^N

BAB VI

MUTASI

            Substansi genetika pada makhluk hidup akan mengalami perubahan-perubahan terutama pada DNA. Proses perubahan pada substansi genetika yang terjadi pada bagian tertentu dari DNA ini biasanya disebut mutasi. Beberapa macam kriteria mutasi adalah sebagai berikut:

A. Berdasarkan Jenis sel yang mengalami

Ø  Mutasi somatik à mutasi yang terjadi pada sel-sel somatis (sel tubuh). Terdahulu ada hipotesis bahwa mutasi pada sel ini tidak diturunkan.

Ø  Mutasi germinal à mutasi yang terjadi pada sel-sel germinal (sel kelamin) dan akan diwariskan pada generasi berikutnya.

B. Berdasarkan bagian sel yang mengalami

Ø  Mutasi gen à mutasi yang terjadi pada gen itu sendiri yang perubahannya terjadi pada satu nukleotida atau lebih.

Ø  Mutasi kromosom à mutasi yang terjadi pada kromosom dan perubahannya meliputi perubahan struktur dan jumlah kromosom.

C. Berdasarkan penyebabnya

Ø  Mutasi alami à mutasi yang terjadi secara alami pada sel

Ø  Mutasi buatan à mutasi yang dihasilkan oleh manipulasi manusia.

Mutasi Gen

            Mutasi ini juga disebut mutasi titik (point mutation) à mutasi ini terjadi proses penggantian pasangan basa atau pengurangan/penyisipan basa pada molekul DNA.

1. Penggantian pasangan basa à terbagi menjadi transisi dan transversi

      Transisi yaitu terjadi penggantian basa purin dari satu rantai DNA dengan purin lainnya atau dari pirimidin satu dengan pirimidin yang lainnya. Sedangkan transversi adalah penggantian basa purin dengan pirimidin atau sebaliknya.

2.  Pengurangan/penyisipan basa

      Proses pengurangan satu atau lebih pasangan basa nitrogen pada rantai DNA disebut delesi, sedangkan penyisipan satu atau lebih basa nitrogen disebut insersi/adisi.

      Pada mutasi gen, apabila perubahan basa nitrogen DNA tidak mempengaruhi terhadap produksi protein atau gejala fenotip disebut dengan silent mutation.

Mutasi Kromosom

      Disebut juga aberasi kromosom dan terbagi menjadi 2 tipe yaitu perubahan struktur dan perubahan jumlah.

1. Perubahan struktur Kromosom

Ø  Defisiensi/delesi à pengurangan segmen kromosom

Ø  Duplikasi/adisi à penggandaan segmen kromosom

Ø  Inversi à pembalikan segmen kromosom

Ø  Translokasi à pertukaran gen antar 2 kromosom yang tidak homolog

2. Perubahan jumlah kromosom

1. Aneuploidi à mutasi yang menyebabkan perubahan (pengurangan atau penambahan set kromosom pada nomor kromosom tertentu. Terdiri dari:

Ø  Monosomik à rumus genom 2n – 1

Ø  Trisomik à rumus genom 2n + 1

Ø  Tetrasomik à rumus genom 2n + 2

Ø  Nulisomik à rumus genom 2n – 2

2. Euploidi à mutasi yang menyebabkan penggandaan set kromosom secara menyeluruh pada semua nomor kromosom. Terdiri dari:

Ø  Monoploid à terdapat  satu genom (n kromosom) pada sel tubuh

Ø  Diploid à teradapat dua genom (2n kromosom) pada sel tubuh

Ø  Triploid à terdapat tiga genom (3n kromosom) pada sel tubuh

Ø  Tetraploid à terdapat empat genom (4n kromosom) pada sel tubuh.

  

            Pada individu yang memiliki susunan triploid atau lebih disebut poliploidi. Poliploidi berdasarkan sumber kromosom dibedakan menjadi autopoliploidi dan alloploiploidi. Autopoliploidi terjadi jika penambahan jumlah kromosom terjadi akibat duplikasi sendiri pada kromosom yang bersangkutan. Sedangkan allopoliploidi terjadi jika penambahan kromosom bukan dari kromosom yang bersangkutan melainkan dari luar akibat perkawinan silang dengan individu lain yang kromosomnya berbeda.

Mutasi alami dan mutasi buatan

            Secara alami replikasi DNA berlangsung sangat teliti dan berdasarkan penelitian dijelaskan bahwa kemungkinan kesalahan kira-kira < 1 untuk tiap 5  juta basa DNA baru dan satu mutan untuk tiap 10⁸ – 10⁹ pasangan DNA. Radiasi sinar kosmik, sinar UV matahari, sinar radioaktif alam, dan unsur radioaktif alam (Th, Ra, dan U) diduga menjadi penyebab mutasi alami. Sedangkan pada kasus mutasi buatan pertama kali J. H. Muller memberikan perlakuan sinar X pada D. Melanogaster yang menimbulkan kelabilan genetik.

Mutagen

            Mutagen adalah bahan yang dapat menimbulkan mutasi. Berdasarkan sifatnya terbagi menjadi:

1. Mutagen Biologi à ex: virus rubella, cytomegalovirus, hepatitis virus.
2. Mutagen Kimia à ex: alkohol, thalidomide, anticonvulsan, agen alkilasi, asam nitrit, NH₂OH, analog basa, kolkisin, aminopurin, dan progestin
3. Mutagen Fisika à Th, Ra, U, sinar X, sinar a, sinar b, sinar g, proton, neutron, sinar kosmis.

            Beberapa dampak mutasi akibat radiasi oleh sinar-sinar pengion seperti sinar X, sinar a, sinar b, dan sinar g  menyebabkan gangguan replikasi DNA, terhambatnya sintesis DNA, dan kerusakan sistem perbaikan (repaired) DNA dan memunculkan mutan-mutan baru.