Newest Post
// On :Selasa, 07 Mei 2013
MAKALAH
BIOLOGI MOLEKULER
PENGEPAKAN
DAN PENGEMASAN DNA
KELOMPOK
6
GRACE CHRISTINE H41111324
MUH. HAIDIR ANSAL H41111325
YUSRIANI H41111326
SULAEMAN H41111327
MUH. ILHAMSYAH H41111328
NUR RAHMAH H41111
JURUSAN BIOLOGI
FAKULTAS
MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS
HASANUDDIN
MAKASSAR
2013
KATA
PENGANTAR
Puji syukur kehadirat
Tuhan Yang Maha Esa atas segala bimbingan dan penyertaan-Nya, sehingga makalah biologi
molekuler dengan judul Pengepakan dan
Pengemasan DNA dapat selesai tepat
pada waktunya.
Sebagaimana pepatah
mengatakan bahwa tiada gading yang tidak retak, begitupula makalah ini tidak
luput dari kekurangan, maka tegur sapa yang bersifat membangun selalu dinanti.
Makassar,
13 April 2013
Penulis
BAB
I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Informasi genetik sebuah sel, terdapat
dalam bentuk DNA, yang disimpan dalam nukleus. Ruang di dalam nukleus sangatlah
terbatas dan berisi miliaran nukleotida yang membentuk DNA sel. Oleh karena
itu, DNA harus sangat terorganisir ( Anonim, 2010).
Kromosom memiliki peranan yang
sangat penting bagi keberlangsungan suatu makhluk hidup, karena kromosom
merupakan alat pengangkutan bagi gen – gen yang akan dipindahkan dari suatu sel
induk ke sel anakannya, dari generasi yang satu ke generasi yang lainnya.
Pengamatan terhadap perilaku kromosom sama pentingnya dengan mempelajari
struktur kromosom. Perilaku atau aktivitas kromosom dapat terlihat dalam siklus
sel, termasuk didalamnya adalah pembelahan sel (mitosis atau meiosis). Analisis
kromosom, baik mitosis maupun meiosis merupakan langkah awal yang dapat
dilaksanakan untuk mempelajari kromosom (Anonim 2010).
Di dalam inti terdapat benang-benang
halus yang dapat menyerap warna yang disebut kromatin (chroma = berwarna, tin =
benang). Pada tahap profase (fase awal ketika sel akan membelah diri),
benang-benang kromatin memendek, menebal, dan disebut kromosom (chroma =
berwarna, soma = badan). Didalam sel, DNA eukariot akan berpasangan secara
tepat dengan adanya protein. Kompleks DNA dan protein ini disebut kromatin.
Kromatin ini bisa muat didalam nukleus berkat sistem multitingkat pengepakan atau pengemasan DNA (Dewan
Redaksi, 1995).
II.2 Tujuan
Adapun tujuan penyusunan makalah ini
yakni :
1.
Mengetahui komponen yang terlibat dalam proses
pengepakan DNA
2.
Mengetahui tahapan terjadinya proses Pengepakan DNA
BAB
II
PEMBAHASAN
Serangkaian diagram dan mikrograf
elektron transmisi ini menggambrkan model terbaru tentang tingkat progresif
pengumpalan dan pengulungan DNA. Ilustrasi diawali dari satu molekul tunggal
DNA, diperbesar hingga menjadi kromosom metafase, yang cukup besar untuk
dilihat dalam mikroskop cahaya. Komponen yang berperan dalam proses pengepakan
DNA yakni protein histon (Campbell, dkk., 2008).
A. Kromosom
Kromosom tersusun atas molekul DNA
yang membawa keterangan genetik, oleh karena itu kromosom mempunyai arti
penting dalam genetika. Nama kromosom diberikan oleh Waldeyer pada tahun 1888,
sedang Morgan dalam tahun 1933 menemukan fungsi kromosom dalam pemindahan
materi-materi genetik. DNA merupakan persenyawaan kimia pembawa materi genetik.
Di dalam kromosom terdapat 35% DNA dari keseluruhan kromosom. DNA merupakan
molekul hidup dan dapat mengadakan replikasi (menggandakan diri). Karena
mengandung molekul DNA, kromosom pun dapat menggandakan diri. Selain itu, DNA
merupakan tempat penyimpanan informasi genetika yang akan diwariskan kepada
keturunannya. Kromosom dikatakan sebagai benang pembawa sifat, karena
sifat-sifat makhluk hidup pada dasarnya tersimpan di dalam DNA yang terdapat di
dalam kromosom (Anonim, 2010).
Gambar 1: Kromosom mengandung
molekul DNA
Eukariota biasanya memiliki beberapa
pasang kromosom linier, yang semuanya terkandung dalam inti sel, dan kromosom
ini memiliki karakteristik dan bentuk tersendiri. Selama pembelahan sel
kromosom akan lebih padat hal ini dapat
divisualisasikan dengan mikroskop cahaya. Bentuk kental disini yakni bentuk
padat dari kromosom itu sendiri yang memiliki ukuran sekitar 10.000 kali lebih pendek dari untai
DNA linier. Namun, ketika sel-sel eukariotik tidak mengalami tahap yang disebut
interfase, kromatin dalam kromosom akan kurang padat dan hal ini akan
mempengaruhi proses transkripsi yang sedang berlangsung. (Anonim, 2008).
Berbeda dengan eukariota, DNA pada sel
prokariotik umumnya hadir dalam bentuk kromosom yang melingkar tunggal, terletak didalam sitoplasma. (seperti yang
diketahui bahwa sel prokariotik tidak memiliki membran inti). Kromosom prokariotik kurang kental atau padat
dibandingkan kromosom eukariotik serta
tidak mudah diidentifikasi di bawah mikroskop cahaya. Kromosom pada
organisme prokariotik ada yang berupa RNA saja. Ini dapat dijumpai pada virus
mozaik (tembakau). Kromosom dapat pula berupa DNA saja misalnya pada virus T
dan dapat pula mengandung keduanya yaitu DNA dan RNA seperti pada bakteri Escherichia coli (Anonim, 2010).
Gambar 2 : Struktur Kromosom Eukariotik dan Prokariotik
Sumber : http://desybio.wordpress.com/2010/03/30/kromosom/
Pada berbagai sel eukariota tingkat
tinggi, ada dua bentuk kromatin pada tahap interfase 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 (Anonim 2012)
Ø Eukromatin
Eukromatin merupakan bentuk yang
kurang padat, atau yang bentuk terbuka. Eukromatin berbentuk padat selama pembelahan
sel, tetapi mengendur menjadi bentuk yang terbuka selama interfase. Eukromatin
pada pewarnaan histologi kromosom ditunjukkan pada daerah dengan warna lebih
terang.
Ø Heterokromatin
Heterokromatin merupakan bentuk yang
lebih padat, atau bentuk tertutup. Heterokromatin sangat padat pada saat
pembelahan sel, demikian pula pada saat interfase. Heterokromatin pada
pewarnaan histologi kromosom ditunjukkan pada daerah dengan warna lebih padat
atau gelap.
Gambar 3: Struktur kromatin dalam
Interfase
Nukleosom terdiri dari DNA untai
ganda yang kompleks dengan protein kecil yang disebut histon. Partikel inti
masing-masing nukleosom terdiri dari delapan molekul histon, dua masing-masing
dari empat jenis histon yang berbeda: H2A, H2B, H3, H4 dan. Struktur histon
telah sangat dilestarikan di evolusi, menunjukkan bahwa fungsi DNA kemasan
mereka adalah sangat penting bagi semua sel eukariotik (Anonim 2012)
Gambar 4: Struktur Nukleosom dalam
Kromatin
Histon membawa muatan positif dan
mengikat DNA bermuatan negatif dalam konformasi tertentu. Secara khusus, segmen
dari DNA double helix membungkus setiap partikel inti histon sedikit kurang
dari dua kali. Panjang yang tepat dari segmen DNA yang berkaitan dengan
masing-masing inti histon bervariasi dari spesies ke spesies, tetapi kebanyakan
segmen tersebut sekitar 150 pasangan basa panjangnya. Selanjutnya, setiap
molekul histon dalam partikel inti memiliki satu ujung yang mencuat dari
partikel. Ujung ini disebut N-terminal ekor, dan mereka memainkan peran penting
dalam orde yang lebih tinggi dalam struktur kromatin dan ekspresi gen (Anonim,
2012).
Meskipun nukleosom mungkin terlihat
seperti diperpanjang dan terlihat
bagaikan manik-manik pada sebuah kalung di bawah mikroskop elektron, mereka
tampak berbeda dalam sel hidup. Dalam sel-sel tersebut, nukleosom menumpuk terhadap
satu sama lain dalam kesatuan yang terorganisir dengan berbagai tingkat kemasan.
Tingkat pertama kemasan diperkirakan menghasilkan serat sekitar 30 nanometer
(nm) lebar. Ini 30 nm serat kemudian membentuk serangkaian loop, yang melipat
kembali pada diri mereka sendiri untuk pemadatan tambahan (Anonim, 2012)
Gambar 5 : Untaian DNA yang dikemas
dalam Kromosom
Berbagai tingkat kemasan yang ada
dalam kromosom eukariotik tidak hanya mengizinkan sejumlah besar DNA untuk
menempati ruang yang sangat kecil, tetapi mereka juga melayani beberapa peran
fungsional. Misalnya, perulangan dari serat nukleosom yang mengandung membawa
daerah tertentu dari kromatin bersama-sama, sehingga mempengaruhi ekspresi gen.
Bahkan, kemasan diselenggarakan DNA adalah mudah dibentuk dan tampaknya sangat
diatur dalam sel (Anonim, 2008).
B. Protein Histon
Histon merupakan jenis protein utama
yang terlibat dalam pengepakan maupun pengemasan DNA
pada kromatin eukariotik. Bila
ditinjau dari massa protein histon hampir memiliki massa yang sama dengan DNA. Protein histon tersusun atas asam-asam
amino bermuatan positif (Lisin dan Arginin) dalam jumlah besar, dan asam- asam
ini akan berikat kuat dengan DNA yang bermuatan negatif. DNA yang bermuatan negatif dikarenakan gugus
posfat yang ada pada DNA tersebut. Selain itu dikenal pula protein non histon
(NHC Protein) terikat pada sekuens spesifik yang tersebar sepanjang utas DNA (
Godman, 1996)
Secara umum protein histon
berdasarkan jenisnya dibagi dua yaitu (Anonim, 2012):
1.
Histon
nucleosomal
Jenis protein histon ini terdiri
atas 4 tipe yakni protein histon tipe
H2A, H2B, H3, H4. Masing masing terdiri dari 102- 135 asam amino. Secara
spesifik untuk H2A memiliki jumlah asam amino sebanyak 129, H2B sebanyak 125
asam amino, H3 sebanyak 135 asam amino dan untuk H4 sebanyak 102 asam amino. Protein
ini telah dilestarikan selama evolusi pada makhluk hidup berlangsung. Keempat
tipe histon ini sangat mirip pada eukariota. Kecuali dua asam amino pada H4
sapi identik dengan H4 ercis. Pelestarian gen gen histon saat evolusi mungkin
mencerminkan peran penting histon dalam mengorganisasi DNA dalam sel.
2.
Histon
dengan tipe H1
Jenis
protein histon ini mengandung 223 asam amino . Fungsi protein histon ini yaitu
spesifik dalam mengemas nukleosom menjadi serat 30 nm. Selain itu histon H1 ini
juga mengatur proses transkripsi dengan merepresi segmen DNA spesifik. Pada
kepala sperma dijumpai adanya DNA dan protein histon, namun protein H1 diganti
dengan protein dasar kecil yang disebut protamines (anonim, 2012)
Gambar 6: Protein Histon pada Nukleosom
H4 (Hijau), H3 (Bitu), H2A dan H2B ( Merah)
C. Proses Pengepakan
Informasi genetik Sebuah sel,
dalam bentuk DNA, disimpan dalam nukleus. Ruang di dalam nukleus terbatas dan
harus berisi miliaran nukleotida yang membentuk DNA sel. Oleh karena itu, DNA
harus sangat terorganisir. Ada beberapa tingkatan untuk kemasan DNA (Anonim,
2008)
Proses pengemasan DNA
dan protein terjadi pada tahap profase. Proses yang terjadi adalah sebagai
berikut (Anonim, 2010):
1. Untai DNA dipintal
dalam suatu protein histon. Protein histon ini mengikat DNA menjadi suatu unit
yang disebut nukleosom.
2. Nukleosom
satu dengan lainnya bergabung membentuk benang yang lebih padat dan terpintal
menjadi lipatan lipatan yang disebut dengan solenoid.
3. Solenoid
satu dengan yang lainnya bergabung dan lebih padat lagi membentuk benang yang
disebut kromatin.
4. Benang
benang halus kromatin memadat membentuk
lengan kromatid. Lengan kromatid berpasangan membentuk kromosom.
Gambar 7: Tahap Pengepakan DNA
Sumber : http://www.sman11mks.com/index.php
Kromosom juga digunakan sebagai cara
untuk mengacu pada dasar genetik dari suatu organisme baik sebagai diploid atau
haploid. Banyak sel eukariotik memiliki dua set kromosom dan disebut diploid.
Sel-sel lain yang hanya berisi satu set kromosom disebut haploid (Anonim, 2008)
Kromosom juga memainkan peran
penting dalam fenomena penuaan kematian terkait sel. Pada ujung kromosom yang
disebut telomere segmen. Sebagai DNA sel rusak, telomeres diperpendek. Setelah
telomere telah dikurangi ke tingkat, sel memutuskan bahwa hal itu tidak bisa
lagi memperbaiki dirinya sendiri dan inisiasi apoptosis, proses kematian
seluler. Hari ini, banyak upaya penelitian telah dikhususkan untuk menjelaskan
mekanisme tertentu dengan yang telomere menyebabkan kematian sel (Anonim, 2008)
Ø Pada Sel Prokariotik
Histon H1 letaknya
di bagian tepi nukleosom adanya molekul H1 berukuran lebih besar 20 pb
disebut dengan kromatosom. DNA nuklir dihubungkan dengan DNA-BINDING
protein atau yang disebut histones. Beberapa nuclease perlindungan chromatin
(DNA-HISTONE kompleks) mempertahankan struktur chromatin. Brown nuclease
merupakan perlindungan mengadakan percobaan yang kompleks yang diperlakukan
dengan suatu enzim untuk memotong DNA dan memposisikannya pada pasangannya.
Ukuran DNA fragmen menandai adanya posisi dari protein yang kompleks. (Hans Jurgen
Press. 1989).
Pengemasan terjadi dengan cara pelilitan DNA di sekeliling
sumbu nukleosom, Sumbu nukleosom tersusun atas empat macam histon sumbu:
H2A, H2B, H3, dan H4. Keempat macam histon ini berada dalam bentuk oktamer (dua
molekul) Protein histon sumbu bersifat basa/ bermuatan positif (banyak
arginin & lisin) (Godman, Arthur. 1996).
Setiap untai DNA sepanjang 146 pb
mengelilingi satu sumbu nukleosom, sedangkan bagian-bagian DNA lainnya menjadi
penghubung (linker) antara satu sumbu nukleosom dan sumbu nukleosom
berikutnya. Pelilitan DNA di sekeliling sumbu nukleosom berlangsung dengan arah
ke kiri atau terjadi superkoiling negatif. Pelilitan terjadi demikian kuat
karena DNA bermuatan negatif, sedangkan histon sumbu bermuatan positif. Struktur ‘Beads-On-A-String’ yang ditunjukkan di atas
menghadirkan suatu pembongkaran format dari chromatin yang terjadi hanya di
nucleus. Terbentuknya rangkaian heliks nukleosom terlihat sebagai
serabut dengan diameter 30 nm yang dikenal sebagai serabut 30 nm. histon
H1 berfungsi menstabilkan struktur serabut 30 nm (Kimball, J.W. 1990).
Ø Pada sel Eukariotik
Berbeda dengan
DNA prokariot yang berbentuk sirkuler tertutup, DNA eukariot merupakan molekul
linier yang sangat panjang. Panjang DNA eukariot di dalam nukleus jauh melebihi
ukuran nukleus itu sendiri. Oleh karenanya, agar dapat dikemas di dalam
nukleus, DNA harus dimampatkan dengan suatu cara. Derajad pemampatan
(kondensasi) DNA dinyatakan sebagai nisbah
pengepakan (packing ratio)-nya, yaitu panjang molekul DNA dibagi dengan
panjang pengepakannya. Sebagai contoh, kromosom manusia yang terpendek, yaitu
kromosom nomor 21, berisi 4,6 x 107 pb DNA (sekitar 10 kali ukuran
genom E. coli). Ukuran DNA kromosom
ini setara dengan panjang 14.000 μm jika DNA ditarik lurus. Pada kondisi yang
paling mampat, yaitu selama mitosis, kromosom tersebut panjangnya hanya sekitar
2 μm. Angka ini memberikan nisbah pengepakan sebesar 7.000 (14.000/2) (James Case
F.James, Vernon Estiers. 1971).
Untuk mencapai
nisbah pengepakan totalnya, DNA tidak langsung dikemas ke dalam struktur
terakhirnya (kromatin). Pengemasan DNA dilakukan melalui sejumlah tingkatan
organisasi kromosom. Tingkatan yang pertama diperoleh ketika DNA melilit-lilit
di sekeliling sumbu protein sehingga menghasilkan struktur seperti manik-manik
yang disebut nukleosom. Pada
tingkatan ini terdapat nisbah pengepakan sebesar 6. Tingkatan yang kedua adalah
pemutaran sejumlah nukleosom membentuk struktur heliks yang disebut serabut 30 nm. Struktur serabut 30 nm
dijumpai baik pada kromatin interfase maupun pada kromosom mitosis. Dengan
struktur ini nisbah pengepakan DNA meningkat menjadi sekitar 40. Pengemasan
terakhir terjadi ketika serabut 30 nm tersusun dalam sejumlah kala, struktur
tangga, dan domain, yang memberikan nisbah pengepakan tertinggi sebesar lebih
kurang 1.000 pada kromatin interfase dan 10.000 pada kromosom mitosis (Lud Waluyo, 2005).
Kromosom
eukariot terdiri atas suatu kompleks DNA-protein yang tersusun sangat kompak
sehingga memungkinkan DNA yang ukurannya begitu panjang tersimpan di dalam
nukleus. Istilah bagi struktur dasar kromosom adalah kromatin, sedangkan satuan
dasar kromatin adalah nukleosom. Dengan demikian, kromatin merupakan satuan
analisis kromosom yang menggambarkan struktur umum kromosom (Lud Waluyo,.
2005).
BAB
III
PENUTUP
III.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat ditarik
dari isi makalah ini yakni :
1.
Komponen yang terlibat dalam proses pengepakan DNA
yakni protein histon yang akan memintal DNA menjadi nukleosom. Protein histon
ini terdiri dari H2A, H2B, H3, dan H4 yang tersusun atas asam amino dengan
jumlah sekitar 139 .
2.
Tahapan pengepakan DNA dimulai dari Untai DNA dipintal
dalam suatu protein histon, menjadi suatu unit yang disebut nukleosom. Nukleosom
satu dengan lainnya bergabung membentuk benang yang lebih padat dan terpintal
menjadi lipatan lipatan yang disebut dengan solenoid. Solenoid satu dengan yang
lainnya bergabung dan lebih padat lagi membentuk benang yang disebut kromatin. Benang
benang halus kromatin memadat membentuk
lengan kromatid. Lengan kromatid berpasangan membentuk kromosom.
DAFTAR
PUSTAKA
Anonim,
2008, Packing DNA , http://www.nature.com/scitable/chromose,
diakses pada hari Sabtu, 13 April 2013 pukul 22.30 WITA
Anonim,
2010, Kromosom, http://desybio.wordpress.com/2010/03/30/kromosom/, diakses pada
hari Sabtu, 13 April 2013 pukul 22.00 WITA.
Anonim,
2012, Packaging DNA, http://www.biologyexams4u.com/2012/03/dna-packaging.html, diakses pada hari Sabtu, 13 April
2013 pukul 22. 15 WITA.
Campbell,
N. A., J. B. Reece, and L. E. Mitchell, 2008, Biologi jilid 2, Erlangga, Jakarta.
Dewan Redaksi, 1995, Oxford Ensiklopedi Pelajar Jilid 8, PT Widyadara, Jakarta
Godman, Arthur, 1996, Kamus Sains Bergambar, Jakarta: PT
Gramedia Pustaka Utama.
Hans Jurgen Press, 1989, Melacak
Alam, Angkasa, Bandung.
James Case F.James, Vernon Estiers.
1971. Biology Observation and Consept. Canada: The Magmillan Company.
Kimball, J.W., 1990, Biologi
Jilid 1, 2, dan 3, Terjemahan S.S Tritrosomo dan
Nawangasari. S., Jakarta: Erlangga
Lud Waluyo,. 2005, Mikrobiologi
Umum, UMM Press, Malang.
