Makalah Pengepakan DNA

BAB I

PENDAHULUAN

A.      Latar Belakang

Gen dalam kromosom terletak pada manik-manik yang disebut kromomer atau nukleosom. Manik-manik ini berjejer lurus (linear) sepanjang poros kromatin, oleh karena itu, disebut bahwa letak gen pada kromatin linear pula, tidak berselang-seling berdempet atau berdampingan. Letak gen pada kromosm disebut lokus. Lokus itu tetap, jika terjadi mutasi (perubahan) bagian yang berubah adalah susunan kimianya, bukan pada lokus gen keseluruhan.

Kromosom pada tubuh umunya selalu berpasangan, maka gen juga digambarkan sepasang. Kromosom Homolog memiliki kandungan gen yang sama pula. Gen-gen yang membawa sifat bagian tubuh yang sama dan lokusnya bersesuaian disebut gen homolog. Lokus tertentu dapat mengandung satu gen atau lebih. Lokus ini ditentukan beberapa jaraknya dari sentromer yang satuannya disebut unit atau mM (milimorgan).

Gen merupakan sepenggal DNA, di mana DNA merupakan tempat penyimpanan informasi genetika yang akan diwariskan kepada keturunannya. Nantinya gen akan mengarahkan pembentukan protein yang dibutuhkan oleh tubuh kita agar dapat berfungsi dengan baik. Cara penyusunan molekul DNA dan protein sebenarnya cukup rumit. Pengemasan DNA dalam kromosom terjadi pada tahap profase. Secara ringkas pengemasan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. Untai DNA dipintal pada suatu set protein, yaitu histon yang menjadi suatu bentukan yang disebut unit nukleosom. Unit-unit nukleosom tersusun padat membentuk benang yang lebih padat dan terpintal menjadi lipatan-lipatan solenoid. Lipatan solenoid tersusun padat menjadi benang kromatin. Benang-benang kromatin tersusun memadat menjadi lengan kromatid. Lengan kromatid kembar disebut kromosom.

Oleh karena itu, untuk mengethaui lebih lanjut mengenai bagaimana proses pengepakan DNA dan pengemasan DNA dalam kromosom maka dibuatlah makalah ini.

B.       Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam penulisan makalah ini adalah:

1.        Bagaimanakah proses pengepakan dan pengemasan DNA?

2.        Bagaimanakah teknik untuk mengetahui tumpukan basa pada suatu DNA?

C.      Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan makalah ini adalah:

1.        Untuk mengetahui proses pengepakan dan pengemasan DNA.

2.        Untuk mengetahui teknik mengetahui tumpukan basa pada suatu DNA.

D.      Manfaat Penulisan

Penulisan makalah yang dilakukan ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:

1.        Untuk mengembangkan wawasan ilmu dan mendukung teori-teori yang sudah ada yang berkaitan dengan bidang kependidikan.

2.        Untuk melatih dan mengembangkan kemampuan dan keterampilan yang dimiliki penulis dalam menulis karya-karya ilmiah yang berhubungan dengan program studi yang ditekuni.

BAB II

ISI

Kromosom tersusun atas molekul DNA yang membawa informasi 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.

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.

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. 

Gen merupakan sepenggal DNA, di mana DNA merupakan tempat penyimpanan informasi genetika yang akan diwariskan kepada keturunannya. Nantinya gen akan mengarahkan pembentukan  protein yang dibutuhkan oleh tubuh kita agar dapat berfungsi dengan baik. Cara penyusunan molekul DNA dan protein sebenarnya cukup rumit. Pengemasan DNA dalam kromosom terjadi pada tahap profase. Secara ringkas pengemasan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. Untai DNA dipintal pada suatu set protein, yaituhiston yang menjadi suatu bentukan yang disebut unit nukleosom. Unit-unit nukleosom tersusun padat membentuk benang yang lebih padat dan terpintal menjadi lipatan-lipatan solenoid. Lipatan solenoid tersusun padat menjadi benang kromatin. Benang-benang kromatin tersusun memadat menjadi lengan kromatid. Lengan kromatid kembar disebut kromosom.

A.      Struktur Molekuler Kromosom Prokariot

Gambar 1. Struktur skematik kromosom E. Coli

Gambaran umum genom prokariot dapat diwakili oleh kromosom E. coli, yang merupakan gulungan DNA tunggal berbentuk sirkuler tertutup sepanjang 4,6 x 106 pb. DNA tersebut dikemas di suatu tempat di dalam sel yang dinamakan nukleoid. Di tempat ini terdapat konsentrasi DNA yang sangat tinggi, mungkin mencapai 30 hingga 50 mg/ml, dan semua protein yang berhubungan dengan DNA seperti polimerase, represor, dan lain sebagainya. 

Percobaan-percobaan yang memungkinkan isolasi DNA E. coli dari semua protein yang melekat padanya serta pengamatan melalui mikroskop elektron dapat menunjukkan satu tingkat organisasi nukleoid. Ternyata, DNA terdiri atas 50 hingga 100 domain atau kala (loop), yang ujung-ujungnya dipersatukan oleh suatu struktur yang diduga terdiri atas protein-protein terikat membran plasma. Masing-masing kala tersebut berukuran lebih kurang 50 hingga 100 kb. Belum diketahui apakah kala bersifat statis atau dinamis, tetapi ada satu model yang menyebutkan bahwa DNA mungkin berputar-putar melalui struktur pemersatu yang ada di dasar kala tersebut. 

Kromosom E. coli secara keseluruhan mengalami superkoiling negative (berkebalikan dengan arah putaran heliks untai ganda DNA) meskipun ada bukti bahwa masing-masing domain dapat mengalami superkoiling secara independen. Bahkan, gambaran mikrograf elektron menunjukkan bahwa beberapa domain tidak mengalami superkoiling, mungkin karena salah satu untai DNAnya patah. 

Protein-protein terikat membran plasma yang terdapat pada struktur pemersatu domain ada beberapa macam. Protein yang paling banyak dijumpai adalah HU, suatu protein dimerik (mempunyai dua subunit) yang bersifat basa dan H-NS (dulu disebut H1), suatu protein monomerik netral. Kedua-duanya mengikat DNA secara nonspesifik dalam arti tidak bergantung kepada sekuens tertentu, dan sering dikatakan sebagai protein mirip histon. Akibat pengikatan oleh kedua protein tersebut DNA menjadi kompak. Hal ini sangat penting bagi pengemasan DNA di dalam nukleoid dan stabilisasi superkoiling kromosom. 

B.       Struktur Molekuler Kromosom Eukariot

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 M Kes. 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 M Kes. 2005).

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).

1.        Nukleosom atau manik-manik dironce

Pada mikrofag elektron kromatin yang tak menggulung berdiameter 10nm (serat 10nm). Kromatin itu menyerupai manik-manik yang dironce. Setiap manik-manik merupakan nukleosom, unit dasar pengemasan DNA. Benang diantara manik-manik disebut DNA penaut ( linker DNA).

Nukleosom terdiri atas DNA yang melilit dua kali disekeliling protein yang terdiri atas dua molekul, masing-masing dari empat tife histon. Ujung amino ( N – terminus ) setiap histon ( ekor histon ) menjulur keluar dari nukleosom. Pada siklus sel histon meninggalkan DNA hanya sejenak saat replikasi. Umumnya histon melakukan hal yang sama saat ekspresi gen, proses lain yang membutuhkan proses akses ke DNA oleh mekanisme molekular sel.

Nukleosom dijumpai pada semua kromosom eukariot. Telah dikatakan di atas bahwa nukleosom merupakan struktur yang paling sederhana dalam pengemasan DNA eukariot. Pengemasan terjadi dengan cara pelilitan DNA di sekeliling sumbu nukleosom, yang merupakan oktamer protein basa berukuran kecil dan disebut histon sumbu. Protein histon sumbu ini bersifat basa atau bermuatan positif karena banyak mengandung asam amino arginin dan lisin.

Setiap untai DNA sepanjang 146 pb mengelilingi satu sumbu nukleosom, sementara 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.

2.        Protein Histon

Keterangan : a | The core proteins of nucleosomes are designated H2A (histone 2A), H2B (histone 2B), H3 (histone 3) and H4 (histone 4). Each histone is present in two copies, so the DNA (black) wraps around an octamer of histones — the core nucleosome. b | The amino-terminal tails of core histones. Lysines (K) in the amino-terminal tails of histones H2A, H2B, H3 and H4 are potential acetylation/deacetylation sites for histone acetyltransferases (HATs) and histone deacetylases (HDACs). Acetylation neutralizes the charge on lysines. A, acetyl; C, carboxyl terminus; E, glutamic acid; M, methyl; N, amino terminus; P, phosphate; S, serine; Ub, ubiquitin.

Ada dua jenis protein yang mengikat DNA, yakni protein histon (hanya pada eukaryot) dan protein non histon. Kedua jenis protein dan DNA membentuk kromatin. Histon merupakan protein molekul kecil yang mengandung banyak asam amino bermuatan positif (lisin dan arginin). Asam amino bermuatan positif ini memungkinkan molekul histon untuk berikatan dengan DNA (gugus fosfat DNA: bermuatan negatif).

Terdapat 2 kelompok histon yakni:

a.         Histon nukleosom, merupakan molekul kecil (102-135 asam amino) berperan untuk membuat putaran (‘coil’) DNA.  4 histon nukleosom : H2A, H2B, H3, H4.

b.        Histon H1, merupakan molekulnya lebih besar : + 220 asam amino, berperan dalam pengikatan antar nuleosom.

Ada empat macam histon sumbu yang menyusun sumbu nukleosom, yaitu H2A, H2B, H3, dan H4. Keempatnya sangat mirip pada eukariota. Misalnya, hampir semua kecuali dua asam amino pada H4 sapi identik dengan pada H4 ercis. Pelestarian gen-gen histon saat evolusi mungkin mencerminkan peran penting histon dalam mengorganisasi DNA dalam sel. Keempat macam histon ini berada dalam bentuk oktamer karena masing-masing terdiri atas dua molekul. Selain itu, ada satu macam histon lagi, yaitu H1, yang letaknya bukan di sumbu nukleosom, melainkan di bagian tepi nukleosom. Dengan adanya molekul H1 ini, ukuran nukleosom menjadi lebih besar 20 pb dan biasanya disebut dengan kromatosom.

Protein yang disebut histon bertanggung jawab atas tingkat pertama pengemasan DNA dalam kromatin. Walaupun setiap histon kecil mengandung sekitar 100 asam amino masa total histon dalam kromatin kira-kira setara dengan masa DNA. Lebih dari seperlima asam amino histon bermuatan positif (lisin atau arginin) dan berikatan erat dengan DNA yang bermuatan negatif.

Gambar 2. Struktur skematik nukleosom dan kromatosom

3.        Serabut 30 nm

Telah dikatakan di atas bahwa terbentuknya rangkaian heliks nukleosom secara keseluruhan terlihat sebagai serabut dengan diameter 30 nm yang dikenal sebagai serabut 30 nm (Gambar 3.3). Keberadaan histon H1 berfungsi menstabilkan struktur serabut 30 nm. Hal ini didukung oleh bukti percobaan bahwa penghilangan histon tersebut dari kromatin ternyata tidak dapat mempertahankan struktur serabut 30 nm meskipun struktur nukleosomnya tetap dipertahankan.

Hasil studi menggunakan mikroskop elektron menunjukkan bahwa nukleosom-nukleosom di dalam serabut 30 nm membentuk heliks yang berputar ke arah kiri dengan jumlah nukleosom sebanyak enam buah tiap putaran. Meskipun demikian, organisasi struktur serabut 30 nm yang tepat sebenarnya masih berupa suatu perkiraan.

4.        Struktur kromatin yang tertinggi

Organisasi kromatin pada tingkatan yang paling tinggi nampak agak menyerupai struktur DNA prokariot. Hasil pengamatan menggunakan mikroskop elektron terhadap kromosom eukariot yang telah dibersihkan dari protein-protein histonnya memperlihatkan gambaran struktur domain (kala) seperti pada kromosom prokariot (Gambar 3.1). Bahkan, ukuran tiap kalanya pun lebih kurang sama, yaitu hingga sekitar 100 kb. Meskipun demikian, pada kromosom eukariot terdapat lebih banyak kala.

Kala-kala tersebut dipersatukan oleh kompleks protein yang dinamakan matriks nuklear. DNA di dalam kala berada dalam bentuk serabut 30 nm, dan kala-kala tersebut membentuk susunan yang membentang sekitar 300 nm (Gambar 4).

            Gambar 3. Struktur skematik serabut 30 nm

5.        Kromosom mitosis

Gambaran fisik kromosom eukariot yang dapat kita lihat dengan jelas adalah ketika kromosom mengalami kondisi yang paling mampat pada tahap mitosis, khususnya metafase. Pada waktu kromosom-kromosom hasil replikasi ditarik ke dua kutub yang berlawanan, DNA kromosom yang mempunyai nisbah aksial sangat tinggi (sangat tipis memanjang) seharusnya akan terpotong-potong oleh kekuatan penarikan tersebut. Namun, tidaklah demikian kenyataannya. Hal ini karena, seperti telah disinggung di atas, DNA kromosom eukariot telah mencapai nibah pengepakan yang paling tinggi.

6.        Domain berkelok ( serat 300 nm )

Serat 30 nm sendiri membentuk kelokan kelokan yang disebut domain berkelok ( looped  domain ) yang melekat keperancah kromosom dari protein, sehingga membentuk serat 300 nm. Rancah kaya akan salah satu tife topoisomerase, dan tampaknya terdapat pula molekul H1.

7.        Kromosom metafase

Dalam kromosom metotik, domain berkelok mengumpar dan menggulung lagi dengan cara yang belum sepenuhnya dimengerti, sehingga kromatin makin dipadatkan, membentuk kromosom metafase khas yang ditunjukan oleh mikrograf diatas. Lebar satu kromatid adalah 700 nm. Gen tertentu selalu terdapat ditempat yang sama dalam kromosom metafase mengindikasikan bahwa langkah-langkah pengemasan sangat spesifik dan tepat.

C.      Proses Pengemasan DNA

1.        Pengemasan DNA pada sel Prokariotik

Jika direntangkan sebagai molekul linear, maka molekul DNA utama pada prokariotik mempunyai ukuran yang lebih panjang dibandingkan dengan ukuran selnya itu sendiri. Sebagai contoh, panjang molekul DNA utama pada Entamoeba coli adalah sekitar 1,2 mm sedangkan ukuran selnya sendiri kurang dari 1 mm. Dengan demikian ada mekanisme tertentu untuk mengemas molekul DNA tersebut sehingga dapat masuk dalam sel yang ukurannya jauh lebih kecil. Pada Entamoeba coli diketahui bahwa mekanisme pengemasan dilakukan dengan membuat molekul DNA tersebut terkondensasi membentuk rangkaian ‘butiran’ seperti tasbih. Setiap butiran tersusun atas molekul DNA dalam keadaan berpilin (supercoiled) yang berikatan dengan suatu protein dan molekul-molekul poliamin. Diameter setiap butiran adalah sekitar 12 nm. Dalam setiap butiran ada sekitar 200-250 bp DNA. Butiran satu dengan butiran lainnya dipisahkan oleh molekul DNA yang tidak berikatan dengan molekul protein maupun poliamin, yang disebut sebagai DNA penghubung (linker DNA). Rangkaian butiran tersebut kemudian membentuk struktur lengkung sehingga molekul DNA yang panjang tersebut dapat dikemas dalam struktur yang kompak.

2.        Pengemasan DNA pada sel Eukariotik

Sama halnya pada sel prokariotik, ukuran molekul DNA yang menyususn kromosom sel eukariotik jauh lebih panjang dibandingkan dengan ukuran selnya. Sebagai contoh, jika molekul DNA kromosom pada satu sel manusia disambung secara linear maka dapat mencapai panjang sekitar 1,74 m sedangkan ukuran sel manusia hanya beberapa mikron. Kromosom sel manusia mempunyai kandungan nukleotida yang berkisar antara 48 juta pasangan basa, dimana pada kromosom autosom terkecil ada pada kromosom 21 dan 22,  sampai sekitar 240 juta pasangan pada kromosom terbesar yaitu kromosom 1, 2, dan 3. Oleh karena itu, DNA utama pada sel eukariotik dikemas dengan sistem yang sangat efisien dan kompak. DNA pada sel eukariotik dikemas dengan menggunakan protein histon yang terdiri atas lima macam, yaitu H1, H2A, H2B, H3, dan H4. Protein histon digunakan untuk menggulung molekul DNA. Sekitar 200 bp DNA digulung dalam satu kompleks histon yang tersusun atas masing-masing 2 molekul H2A, H2B, H3, dan H4, dan satu molekul H1. Satu kompleks DNA dan protein histon semacam ini disebut sebagai nukleosom.

Gambar 4 Nukleosom

Histon H3 dan H4 tersusun sedemikian rupa membentuk tentramer, sedangakan 2 histon H2A terletak pada bagian tengah atas partikel nukleosom dan histon H2B terletak di bagian tengah bawah. Fungsi histon H1 adalah untuk mengunci DNA dalam struktur nukleosom tersebut. Pembentukan struktur nukleosom menyebabkan kondensasi atau pengemasan DNA menjadi 6 kali lebih kompak.

Secara skematis, pengemasan DNA pada eukariotik seperti gambar diatas (gambar  5.)

Dalam satu kompleks histon tersebut, DNA digulung kurang lebih 2 kali. Antara nukleosom satu dengan nukleosom yang lain dihubungkan oleh molekul DNA yang tidak berikatan dengan histon sehingga disebut sebagai DNA penghubung (linker DNA) yang panjangnya berkisar 8 – 114 pasangan basa. Ikatan antara DNA dengan histon dapat dipisahkan menggunakan larutan garam dengan konsentrasi tinggi. Pada waktu gen sedang aktif ditranskripsikan atau pada saat terjadi replikasi DNA, DNA nukleosom akan menjadi lebih sensitif terhadap nuklease. Hal ini memberikan indikasi bahwa pada saat terjadi transkripsi dan replikasi ada proses penguraian struktur nukleosom. Rangkaian nukleosom membentuk struktur yang disebut kromatin.   

Gambar 6. struktur Kromatin dan kromosom

       Pada aras struktur yang lebih tinggi kromatin membentuk struktur menyerupai solenoid yang merupakan struktur pilinan nukleosom. Struktur solenoid terkondensasi secara kompak membentuk struktur khas kromosom yang dapat diamati pada saat sel berada pada metafase. Pembentukan solenoid meningkatkan derajat kondensasi DNA 40 kali, artinya setiap satu mikrometer struktur solenoid mengandung 40 μm DNA. Pembentukan solenoid memerlukan histon H1.

Struktur solenoid selanjutnya dirapatkan lagi membentuk pilinan solenoid. Pilinan solenoid meningkatkan derajat pengemasan menjadi 1.000 kali pada saat interfase dan menjadi 10.000 kali pada waktu kromosom berada pada fase mitotik. Pilinan solenoid yang membentuk radial loop menyebabkan kromosom yang ukurannya jauh lebih panjang dari sel dapat dikemas dalam sel yang kecil. Selain protein histon, DNA juga berikatan dengan protein nonhiston yang diperlukan untuk replikasi DNA, ekpresi gen, sebagai protein regulator maupun protein yang digunakan untuk menstabilkan struktur kromosom. 

D.      Bagian-Bagian Dan Bentuk Kromosom

Suatu kromosom terdiri dari beberapa bagian yaitu kromatid, kromomer, sentromer atau kinetokor, satelit, dan telomer.

Gambar 7. Kromosom

1.        Kromatid

Kromatid adalah salah satu dari dua lengan hasil replikasi kromosom. Kromatid masih melekat satu sama lain pada bagian sentromer. Istilah lain untuk kromatid adalah kromonema. Kromonema merupakan filamen yang sangat tipis yang terlihat selama tahap profase (dan kadang-kadang pada tahap interfase). Kromonema sebenarnya merupakan istilah untuk tahap awal pemintalan kromatid. Jadi, kromonema dan kromatid merupakan dua istilah untuk struktur yang sama.

2.        Kromomer

Kromomer adalah penebalan-penebalan pada kromonema. Kromomer ini merupakan struktur berbentuk manik-manik yang merupakan akumulasi dari materi kromatin yang terkadang terlihat saat interfase. Kromomer sangat jelas terlihat pada kromosom politen (kromosom dengan DNA yang telah direplikasi berulang kali tanpa adanya pemisahan dan terletak berdampingan sehingga bentuk kromosom seperti kawat).

3.        Sentromer

Sentromer adalah daerah konstriksi (lekukan primer) di sekitar pertengahan kromosom. Pada sentromer terdapat kinetokor. Kinetokor adalah bagian kromosom yang yang merupakan tempat perlekatan benang spindel selama pembelahan inti dan merupakan tempat melekatnya kromosom.

4.        Lekukan kedua

Pada beberapa kromosom terdapat lekukan kedua yang berada di sepanjang lengan dan berhubungan nucleolus. Oleh karena itu disebut dengan NOR (Nucleolar Organizing Regions).

5.        Satelit

Satelit adalah bagian kromosom yang berbentuk bulatan dan terletak di ujung lengan kromatid. Satelit terbentuk karena adanya kontriksi sekunder di daerah tersebut. Tidak semua kromosom memiliki satelit.

6.        Telomer

Telomer merupakan istilah yang menunjukkan daerah terujung pada kromosom. Telomer berfungsi untuk menjaga stabilitas bagian terujung kromosom agar DNA di daerah tersebut tidak terurai. Karena pentingnya telomer, sel yang telomer kromosomnya mengalami kerusakan umumnya segera mati.

E.       Fungsi Kromosom

Setiap gen dalam molekul DNA membawa instruksi untuk membuat satu jenis protein. Protein adalah molekul yang sangat penting yang melakukan banyak fungsi penting dalam organisme hidup. Misalnya, mereka melayani sebagai hormon, membawa pesan dari satu bagian tubuh ke bagian lain, mereka bertindak sebagai enzim, sehingga reaksi kimia mungkin yang menjaga sel hidup, dan mereka berfungsi sebagai bahan struktural dari mana sel-sel dapat dibuat. Setiap sel memiliki fungsi spesifik tertentu untuk melakukan. Tujuan dari sel tulang, misalnya, adalah untuk membuat tulang lebih. Tujuan dari sel pankreas, di sisi lain, mungkin untuk membuat senyawa insulin, yang membantu dalam pembuatan glukosa (gula darah). Tugas gen dalam molekul DNA, oleh karena itu, adalah untuk mem-beritahu sel bagaimana memproduksi semua senyawa kimia yang berbeda (protein) yang mereka butuhkan untuk membuat agar berfungsi dengan baik.

DNA merupakan molekul panjang yang menyimpan informasi genetik. Total informasi genetis yang di dalam DNA suatu sel disebut genom.Genom DNA tersusun atas gen-gen.Tiap gen mengandung satu unit informasi mengenai suatu karakter yang dapat diamati. Gen terdapat di dalam kromosom, dengan kata lain gen adalah fragmen DNA di dalam kromosom.

F.       Teknik Mengetahui Tumpukan Basa Pada DNA

Tumpukan basa pada DNA terjadi karena Basa-basa purin dan pirimidin yang menyusun molekul DNA terletak pada suatu bidang datar yang tegak lurus terhadap aksis untaian DNA. Tumpukan basa ini merupakan hasil interaksi hidrofobik antara sistem elektron pada basa-basa nukleotida. Tumpukan basa dapat diketahui dengan teknik dispersi rotatori optik (optical rotatory dispersion) dan dikroisme sirkuler (circular dichroism). Dengan teknik-teknik tersebut dapat diketahui bahwa tumpukan basa tidak hanya terjadi pada molekul DNA untai ganda, melainkan juga pada molekul RNA untai tunggal maupun molekul dinukleotida yang berukuran kecil.

1.        Circular dichroism (CD) 

CD mengacu pada penyerapan diferensial dari kiri dan kanan  sirkuler terpolarisasi cahaya .  Fenomena ini ditemukan oleh Jean-Baptiste Biot ,Augustin Fresnel , dan Cotton Aimé pada paruh pertama abad ke-19.  Hal ini dipamerkan dalam pita penyerapan dari optik aktif kiral molekul. CD spektroskopi memiliki berbagai aplikasi di berbagai bidang. Terutama, UV CD digunakan untuk menyelidiki struktur sekunder protein.  UV / Vis CD digunakan untuk menyelidiki biaya transfer transisi .  CD digunakan untuk menyelidiki geometris dan struktur elektronik dengan menelusuri logam d → d transisi.  Vibration Circular Dichroism (VCD) , yang menggunakan cahaya dari inframerah wilayah energi, digunakan untuk studi struktur molekul organik kecil, dan terakhir protein dan DNA. 

Radiasi elektromagnetik terdiri dari medan (B) listrik (E) dan magnetik yang berosilasi tegak lurus satu sama lain dan terhadap arah propagasi.  , sebuah gelombang transversal. Sementara secara linear terpolarisasi cahaya terjadi ketika vektor medan listrik berosilasi hanya dalam satu pesawat, cahaya polarisasi sirkuler terjadi bila arah dari vektor medan listrik berputar tentang arah propagasi sementara vektor tetap besarnya konstan. Pada satu titik dalam ruang, polarisasi sirkuler-vektor akan menelusuri lingkaran lebih dari satu periode dari frekuensi gelombang, maka nama itu. Dua diagram di bawah ini menunjukkan vektor listrik dari cahaya terpolarisasi linear dan sirkuler, pada satu saat waktu, untuk berbagai posisi; plot vektor listrik polarisasi sirkuler membentuk heliks sepanjang arah propagasi (k). Untuk meninggalkan cahaya polarisasi sirkuler (LCP) dengan propagasi ke arah pengamat, vektor listrik berputar berlawanan.  Untuk cahaya yang tepat polarisasi sirkuler (RCP), vektor listrik berputar searah jarum jam.

Secara umum, fenomena ini akan dipamerkan di band penyerapan setiap optik aktif molekul. Akibatnya, melingkar dichroism yang dipamerkan oleh molekul biologis, karena merekadextrorotary dan levorotary komponen. Bahkan lebih penting adalah bahwa struktur sekunder juga akan memberikan CD yang berbeda dengan molekul masing-masing. Oleh karena itu, heliks alfa protein dan double helix dari asam nukleat memiliki tanda tangan CD spektral wakil dari struktur mereka. Kapasitas CD untuk memberikan tanda tangan struktural perwakilan membuatnya menjadi alat yang ampuh dalam biokimia modern dengan aplikasi yang dapat ditemukan di hampir setiap bidang studi.

CD adalah berkaitan erat dengan dispersi berputar optik (ORD) teknik, dan umumnya dianggap lebih maju. CD diukur dalam atau dekat band penyerapan molekul bunga, sementara ORD dapat diukur jauh dari band-band ini. Keuntungan CD jelas dalam analisis data. Elemen struktur yang lebih jelas dibedakan sejak band mereka tercatat tidak tumpang tindih ekstensif pada panjang gelombang tertentu seperti yang mereka lakukan di ORD. Pada prinsipnya kedua pengukuran spektral dapat interconverted melalui transformasi integral ( Kramer-Kronig hubungan ), jika semua serapan termasuk dalam pengukuran.

Jarak terjauh dari Ultraviolet  CD spektrum protein dapat mengungkapkan karakteristik penting dari mereka struktur sekunder . CD spektrum dapat segera digunakan untuk memperkirakan fraksi molekul yang ada di alfa-heliks konformasi, yang beta-sheet konformasi, yang beta-gilirannya konformasi, atau beberapa lainnya (misalnya kumparan acak) konformasi.  Ini tugas pecahan menempatkan kendala penting pada konformasi sekunder mungkin bahwa protein dapat masuk CD tidak dapat, secara umum, mengatakan di mana heliks alfa yang terdeteksi berada dalam molekul atau bahkan sepenuhnya memprediksi berapa banyak ada. Meskipun demikian, CD adalah alat yang berharga, terutama untuk menunjukkan perubahan konformasi. Hal ini dapat, misalnya, digunakan untuk mempelajari bagaimana struktur sekunder dari perubahan molekul sebagai fungsi dari suhu atau konsentrasi agen denaturing, misalnya klorida Guanidinium atau urea . Dengan cara ini dapat mengungkapkan informasi penting tentang termodinamika molekul (sepertientalpi dan energi bebas Gibbs dari denaturasi) yang tidak dapat dinyatakan dengan mudah diperoleh. Siapa saja yang berusaha untuk mempelajari protein akan menemukan CD alat yang berharga untuk memverifikasi bahwa protein dalam konformasi asli sebelum melakukan percobaan yang luas dan / atau mahal dengan itu. Juga, ada beberapa manfaat lain untuk spektroskopi CD dalam kimia protein tidak berhubungan dengan alfa-heliks estimasi fraksi.

Jarak terpendek ultraviolet CD spektrum (> 250 nm) protein memberikan informasi mengenai struktur tersier . Sinyal yang diperoleh di wilayah 250-300 nm adalah karena orientasi, penyerapan dipol dan sifat dari lingkungan sekitarnya dari sistein, fenilalanin tirosin, (atau SS jembatan disulfida ) dan tryptophan asam amino . Tidak seperti di jauh-UV CD, spektrum CD dekat-UV tidak dapat diberikan ke setiap struktur 3D tertentu. Sebaliknya, dekat-UV spektrum CD memberikan informasi struktural pada sifat dari kelompok prostetik dalam protein, misalnya, kelompok heme dalam hemoglobin dan sitokrom c .

Spektroskopi CD terlihat adalah teknik yang sangat kuat untuk mempelajari logam-protein interaksi dan dapat menyelesaikan individu d-d transisi elektronik sebagai band yang terpisah. CD spektrum di daerah sinar tampak hanya dihasilkan ketika ion logam berada dalam lingkungan yang kiral, dengan demikian, ion logam bebas dalam larutan tidak terdeteksi. Ini memiliki keuntungan dari hanya mengamati logam yang terikat protein, sehingga pH ketergantungan dan stoichiometries dapat segera diperoleh. Aktivitas optik di kompleks ion logam transisi telah dikaitkan dengan configurational, konformasi dan efek vicinal. Klewpatinond dan Viles (2007) telah menghasilkan seperangkat aturan empiris untuk memprediksi munculnya spektrum CD terlihat untuk Cu ^{2 +} dan Ni ^{2 +} persegi planar kompleks yang melibatkan histidin dan main-rantai koordinasi.

CD memberikan informasi struktural kurang spesifik dari kristalografi sinar-X dan protein NMR spektroskopi, misalnya, yang keduanya memberikan data resolusi atom. Namun, CD spektroskopi adalah metode cepat yang tidak memerlukan sejumlah besar protein atau luas pengolahan data. Jadi CD dapat digunakan untuk survei sejumlah besar pelarutkondisi, berbagai suhu , pH , salinitas , dan adanya berbagai kofaktor.

CD spektroskopi biasanya digunakan untuk mempelajari protein dalam larutan, dan dengan demikian melengkapi metode yang mempelajari keadaan padat.  CD kadang-kadang diukur dalam film tipis.

BAB V

PENUTUP

V.1 Kesimpulan

Pengemasan DNA berfungsi untuk mengemas DNA yang panjang dalam inti dan untuk mempengaruhi aktivitas gen. Pertama-tama unit pengemasan DNA terkecil: nukleosom membentuk beads on string. 1 nukleosom terdiri dari 2 kopi histon nukleosom yang dikelilingi oleh DNA double helix yang berputar dua kali. Pengikatan antar nukleosom diikat oleh histon H1 yang membentuk struktur yang disebut kromatin. Selanjutnya kromatin mengalami kondensasi membentuk kromosom.

Pada saat terjadi proses kondensasi menjadi kromosom maka protein histon tipe H1 akan menginduksi berkumpulnya tiap 6 nukleosom untuk membentuk satu lingkaran atau cincin. Dan beberapa cincin yang masing-masing berjarak 110 A⁰ akan menyusun suatu pembuluh (serabut berongga) yang berdiameter 360 A⁰ disebut solenoidal.

Serabut-serabut solenoidal tersebut akan melekat pada scaffold (protein non histon) dan membentuk lipatan-lipatan (loop) dengan ukuran 30 nm dan tiap 18 lipatan solenoidal akan tersusun dalam satu bidang, selanjutnya diikuti dengan rangkaian berikutnya disepanjang scaffold. Dengan demikian maka akan terbentuklah kromosom.

V.2 Saran

DAFTAR PUSTAKA

http://desybio.wordpress.com/2010/04/01/susunan-dan-bagian-bagian-kromosom-2/

http://substansigenetika.net/wp/2010/04/susunan-dan-bagian-bagian-kromosom

http://www.fertitest.co.id/

http://id.wikipedia.org/wiki/kromosom

http://organisasi.org/pengertian-kromosom-dan-jumlah-kromosom

http://nellywedya.wordpress.com/ipa-terpadu-2/pengenalan-tentang-materi- genetika/gen/

Corebima, AD. 2008. Materi Genetik bahan ajar genetika. Jurusan Biologi FPMIPA 
Universitas Negeri Malang. Malang 
Gardner, Eldon John, dkk. 1991. Principle of Genetics. 
http://id.wikipedia.org/wiki/Nukleotida 
http://id.wikipedia.org/wiki/Asam_deoksiribonu... 
Geoffrey M. Cooper (2000). The Cell - A Molecular Approach (edisi ke-2). Sunderland 
(MA): Sinauer Associates. hlm. Gene. ISBN 0-87893-106-6. 
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?... 
def-item&id=A3080. Diakses pada 2010-08-12. 
Geoffrey M. Cooper (2000). The Cell - A Molecular Approach (edisi ke-2). Sunderland 
(MA): Sinauer Associates. hlm. Heredity, Genes, and DNA. ISBN 0-87893-106-6.

Delima S Eva. 1996. Kehidupan Sel. Terjemahan. Jakarta: PT Elex Media Komputindo

Gramedia

Dewan Redaksi. 1995. Oxford Ensiklopedi Pelajar Jilid 8. Jakarta: PT Widyadara.

Godman, Arthur. 1996. Kamus Sains Bergambar. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama.

Hans Jurgen Press. 1989. Melacak Alam. Bandung: Penerbit Angkasa.

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 M Kes. 2005. Mikro Biologi Umum, UMM Press.  Malang. 

Sri Sabani dkk,  1984. Biologi Umum. Djambatan. Yogyakarta.

Rifai, Mien A. 1996. Glosarium Biologi Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Balai

Pustaka. Jakarta.