Bio G12 Quipper [PDF]

Citation preview

Kurikulum 2013 Revisi



Kelas XII



B I O LO G I Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami pengertian serta perbedaan pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan. 2. Memahami proses perkecambahan dan tipe-tipenya. 3. Memahami macam-macam pertumbuhan. 4. Memahami faktor-faktor yang memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan. 5. Memahami tentang pertumbuhan dan perkembangan pada manusia. 6. Memahami tentang pertumbuhan dan perkembangan pada hewan.



A. Pengertian serta Perbedaan Pertumbuhan dan Perkembangan Pertumbuhan dan perkembangan pada organisme, termasuk tumbuhan adalah dua proses yang terjadi secara beriringan. Pertumbuhan adalah proses pertambahan jumlah, massa, dan volume sel yang bersifat irreversible (tidak dapat balik). Hal ini terjadi karena adanya penambahan substansi dan perubahan bentuk saat pertumbuhan berlangsung. Pertumbuhan menyebabkan tumbuhan bertambah tinggi. Pada tumbuhan berkambium seperti dikotil, selain bertambah tinggi, tumbuhan juga bertambah besar. Pertumbuhan dapat diukur, sehingga bersifat kuantitatif. Perkembangan adalah proses menuju kedewasaan. Perkembangan menyebabkan sel-sel pada tumbuhan mengalami perubahan struktur dan fungsi. Misalnya pada terbentuknya bermacam-macam jaringan dan organ, serta penggantian sel-sel atau jaringan yang rusak. Tumbuhan dikatakan telah dewasa jika alat-alat reproduksinya sudah berfungsi. Hal ini ditandai dengan munculnya bunga dan buah. Perkembangan tidak dapat diukur, sehingga bersifat kualitatif.



Secara garis besar, perkembangan awal suatu tumbuhan dibagi menjadi tiga tahap, yaitu pembelahan sel, morfogenesis, dan diferensiasi seluler.



1. Pembelahan sel Zigot di dalam biji tumbuhan mengalami pembelahan sel mitosis membentuk jaringan embrional.



2. Morfogenesis (perkembangan bentuk) Embrio yang terbentuk di dalam biji memiliki kotiledon dan akar serta tunas rudimenter. Sesudah berkecambah, akar dan tunas rudimenter tersebut akan berkembang membentuk sistem akar dan tunas tumbuhan. Proses ini dinamakan morfogenesis.



3. Diferensiasi seluler Pada tahap ini, jaringan embrional terus berkembang menjadi struktur dengan fungsi khusus yang akan dimiliki saat dewasa.



SUPER "Solusi Quipper" Untuk mengingat tahapan perkembangan awal tumbuhan tanpa terbalik, kamu dapat menggunakan cara SUPER berikut.



Belah sel gen eksis pakai HP seluler Pembelahan sel, morfogenesis, dan diferensiasi seluler.



Pertumbuhan memiliki laju atau kecepatan tumbuh yang berubah-ubah sesuai dengan waktu. Laju pertumbuhan dapat digambarkan dalam sebuah kurva yang menyerupai huruf S. Kurva ini dikenal dengan nama kurva sigmoid.



Gambar 1. Kurva sigmoid



Kurva sigmoid menunjukkan ukuran kumulatif pertumbuhan sebagai fungsi dari waktu. Pada kurva ini, ada tiga fase utama yang mudah dikenali, yaitu fase logaritmik, fase linear, dan fase penuaan.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



2



1. Fase logaritmik Pada fase ini, laju pertumbuhan awalnya berlangsung lambat, tetapi kemudian terus meningkat. 2. Fase linear Pada fase ini, laju pertumbuhan mulai melambat dibandingkan dengan fase logaritmik. Pertambahan ukuran yang terjadi berlangsung secara konstan. 3. Fase penuaan Fase penuaan terjadi saat tumbuhan sudah mencapai kematangan dan mulai menua. Pada fase ini, laju pertumbuhan akan menurun. Bentuk kurva sigmoid untuk semua tumbuhan kurang lebih sama, tetapi penyimpangan bentuk dapat terjadi sebagai akibat variasi-variasi di dalam lingkungan.



Contoh Soal 1 Pertumbuhan adalah .... A. pertambahan jumlah dan volume sel yang bersifat irreversible B. matangnya sel-sel kelamin C. pertambahan sel-sel yang tidak terkendali D. proses pembentukan bunga E. pertambahan organ diikuti dengan penyusutan Jawaban: A Pembahasan: Pertumbuhan adalah proses pertambahan jumlah, massa, dan volume sel yang bersifat irreversible (tidak dapat balik). Pertumbuhan dapat diukur, sehingga bersifat kuantitatif. Jadi, pertumbuhan adalah pertambahan jumlah dan volume sel yang bersifat irreversible.



Contoh Soal 2 Berikut ini adalah peristiwa-peristiwa yang termasuk perkembangan, kecuali .... A. pembentukan bunga B. penggantian sel-sel yang rusak C. terbentuknya bermacam-macam jaringan D. pemanjangan tunas E. pembentukan sel-sel gamet Jawaban: D



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



3



Pembahasan: Pemanjangan tunas terjadi karena adanya pertambahan jumlah sel pada tunas tersebut. Adanya pertambahan jumlah sel menunjukkan terjadinya proses pertumbuhan. Jadi, peristiwa yang bukan termasuk perkembangan adalah pemanjangan tunas.



B. Perkecambahan Pada tumbuhan berbiji, pertumbuhan diawali dengan terjadinya perkecambahan. Perkecambahan adalah peristiwa tumbuhnya embrio di dalam biji menjadi tumbuhan baru. Proses ini hanya dapat terjadi jika biji berada pada lingkungan yang sesuai, seperti air, suhu, dan oksigen yang cukup. 1. Air sangat diperlukan oleh biji untuk berkecambah. Masuknya air ke dalam biji melalui proses imbibisi akan mendorong aktivitas sel untuk segera berkecambah. 2. Suhu yang hangat dibutuhkan oleh biji yang sedang berkecambah, karena suhu memengaruhi kerja enzim dan hormon di dalam biji. 3. Oksigen diperlukan untuk proses respirasi sel-sel dalam biji, sehingga diperoleh energi yang cukup untuk berkecambah. Perkecambahan ditandai dengan munculnya kecambah atau tumbuhan kecil yang hidupnya masih bergantung pada cadangan makanan di dalam biji. Ada empat bagian penting pada biji yang berkecambah, yaitu sebagai berikut. 1. Batang lembaga (kaulikula) merupakan bagian yang akan tumbuh menjadi batang. 2. Akar lembaga (radikula) merupakan bagian yang akan tumbuh menjadi akar. 3. Pucuk lembaga (plumula) merupakan bagian yang akan tumbuh menjadi daun. 4. Daun lembaga (kotiledon) merupakan bagian yang kaya dengan cadangan makanan. Berdasarkan letak kotiledonnya, ada dua tipe perkecambahan, yaitu tipe epigeal dan tipe hipogeal. 1. Tipe epigeal Tipe epigeal adalah tipe perkecambahan yang ditandai dengan terangkatnya keping biji (kotiledon) ke atas permukaan tanah. Hal ini terjadi karena daerah hipokotil lebih cepat tumbuh dibandingkan dengan daerah epikotil. Hipokotil merupakan bagian batang yang berada di bawah kotiledon, sedangkan epikotil adalah bagian batang yang berada di atas kotiledon.Tipe perkecambahan epigeal banyak ditemukan pada tumbuhan dikotil, seperti kacang kedelai, kacang tanah, pepaya, kangkung, dan sebagainya.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



4



2. Tipe hipogeal Tipe hipogeal adalah tipe perkecambahan yang ditandai dengan tidak terangkatnya keping biji (kotiledon) ke atas permukaan tanah, melainkan tetap di dalam tanah. Hal ini terjadi karena daerah hipokotil lebih lambat pertumbuhannya dibandingkan dengan daerah epikotil. Tipe perkecambahan hipogeal banyak ditemukan pada tumbuhan monokotil, seperti kelapa, padi, jagung, dan sebagainya.



SUPER "Solusi Quipper"



Pigeon berbadan ideal lompat-lompat di permukaan tanah, sedangkan hipo sembunyi di dalam tanah. Epigeal kotiledonnya terangkat di atas tanah, sedangkan hipogeal di dalam tanah.



Contoh Soal 3 Proses perkecambahan biji diawali dengan peristiwa imbibisi, yaitu masuknya air ke dalam biji. Berikut ini adalah hal-hal yang dapat terjadi setelah biji mengalami imbibisi, kecuali .... A. kulit biji melunak, sehingga mudah ditembus oleh embrio B. sel-sel embrio aktif membelah C. enzim dan hormon pertumbuhan aktif bekerja D. sel-sel kotiledon mengalami penyusutan E. biji mengembang karena penuh air Jawaban: D Pembahasan: Saat biji mengalami imbibisi, sel-sel pada biji termasuk kotiledon akan mengembang. Sel-sel kotiledon baru akan mengalami penyusutan setelah aktivitas perkecambahan dimulai. Hal ini terjadi karena cadangan makanan di dalamnya digunakan oleh embrio yang sedang tumbuh. Jadi, hal yang tidak terjadi setelah biji mengalami imbibisi adalah sel-sel kotiledon mengalami penyusutan.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



5



Contoh Soal 4 Ciri-ciri dari perkecambahan tipe epigeal adalah .... A. daerah hipokotil lebih pendek daripada epikotil B. daerah hipokotil lebih panjang daripada epikotil C. daerah hipokotil dan epikotil sama panjang D. daerah hipokotil memanjang, sedangkan epikotil menyusut E. daerah hipokotil menyusut, sedangkan epikotil memanjang Jawaban: B Pembahasan: Perkecambahan tipe epigeal memiliki ciri-ciri sebagai berikut. • Kotiledon terangkat ke atas permukaan tanah. • Daerah hipokotil lebih panjang daripada daerah epikotil. Jadi, ciri-ciri dari perkecambahan tipe epigeal adalah daerah hipokotil lebih panjang daripada epikotil.



C. Macam-Macam Pertumbuhan Pertumbuhan pada tumbuhan terjadi karena aktivitas dari sel-sel jaringan meristem. Berdasarkan asal dan letak jaringan meristem, pertumbuhan dibagi menjadi dua macam, yaitu pertumbuhan primer dan pertumbuhan sekunder.



1. Pertumbuhan primer Pertumbuhan primer adalah pertumbuhan yang dimulai sejak awal setelah terbentuknya zigot. Pertumbuhan ini terjadi karena aktivitas sel-sel meristem primer Aktivitas selsel meristem primer menyebabkan tumbuhan bertambah tinggi atau memanjang. Berdasarkan letaknya, ada dua macam meristem primer, yaitu meristem apikal atau meristem pucuk dan meristem interkalar atau meristem antar-ruas.



2. Pertumbuhan sekunder Pertumbuhan sekunder adalah pertumbuhan yang terjadi setelah tumbuhan mencapai usia tertentu. Pertumbuhan sekunder disebabkan karena adanya aktivitas sel-sel meristem sekunder atau lebih dikenal dengan kambium. Aktivitas kambium menyebabkan tumbuhan bertambah besar. Kambium terdapat pada tumbuhan dikotil dan beberapa anggota gymnospermae. Berdasarkan letaknya, ada tiga macam kambium, yaitu kambium gabus (felogen), kambium vaskuler (intravaskuler), dan kambium jari-jari empulur (intervaskuler).



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



6



a. Kambium gabus (felogen) 1.) Sel-sel kambium ini terletak di bawah epidermis. 2.) Aktivitas selnya membelah ke dua arah, keluar membentuk lapisan felem dan ke arah dalam membentuk lapisan feloderm. 3.) Felem dan feloderm selanjutnya akan membentuk lapisan gabus pengganti epidermis. b. Kambium vaskuler (intravaskuler) 1.) Sel-sel kambium ini terletak di dalam jaringan vaskuler (jaringan pengangkut), yaitu di antara xilem dan oem. 2.) Aktivitas selnya membelah ke dua arah, keluar membentuk jaringan floem sekunder dan ke arah dalam membentuk jaringan xilem sekunder. c. Kambium jari-jari empulur (intervaskuler) 1.) Sel-sel kambium ini terletak di antara jaringan-jaringan vaskuler. 2.) Aktivitas selnya membentuk sel-sel yang menghubungkan antara jaringanjaringan vaskuler sehingga terbentuk lingkaran tahun. Berdasarkan akivitasnya, daerah pertumbuhan pada ujung akar terbagi menjadi tiga daerah titik tumbuh, yaitu sebagai berikut. a. Daerah pembelahan (cleavage) Daerah pembelahan merupakan daerah yang paling cepat pertumbuhannya karena tersusun atas sel-sel meristematik yang aktif membelah. Daerah pembelahan dilindungi oleh tudung akar. Ciri-ciri dari daerah pembelahan adalah sebagai berikut. 1.) Sel-selnya aktif membelah. 2.) Ukuran dan bentuk sel-selnya relatif seragam dan tersusun rapat satu sama lain. 3.) Memiliki daya tahan yang rendah terhadap zat kimia dan radiasi cahaya. b. Daerah pemanjangan Daerah pemanjangan merupakan daerah dengan sel-sel yang memanjang. Pemanjangan sel-sel ini dapat terjadi karena sel mengandung vakuola-vakuola yang besar sehingga dapat menyerap air lebih banyak. Penyerapan air yang lebih banyak akan memengaruhi kerja hormon perentang sel dan mengakibatkan terjadinya perentangan dinding sel. Ciri-ciri dari daerah pemanjangan adalah sebagai berikut. 1.) Sel-selnya berukuran panjang dan mampu memanjang hingga 9 kali ukuran semula. 2.) Pertumbuhannya lebih lambat daripada daerah pembelahan. 3.) Sel-selnya masih aktif membelah. 4.) Memiliki daya tahan yang baik terhadap zat kimia dan radiasi cahaya.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



7



c. Daerah diferensiasi (pendewasaan) Daerah diferensiasi merupakan daerah tempat terjadinya spesialisasi fungsi dan struktur sel-sel yang berasal dari daerah pemanjangan. Pada daerah ini terdapat tiga lapisan yang akan membentuk tiga sistem jaringan, yaitu protoderm, meristem dasar, dan prokambium. 1.) Protoderm merupakan lapisan terluar yang nantinya akan membentuk epidermis. 2.) Meristem dasar merupakan lapisan kedua yang nantinya akan membentuk parenkim korteks. 3.) Prokambium merupakan lapisan terdalam yang nantinya akan membentuk silinder pusat dan jaringan angkut (xilem dan oem). Ciri-ciri dari daerah deferensiasi adalah sebagai berikut. 1.) Bentuk sel-selnya lebih bervariasi. 2.) Aktivitas pembelahan sel tidak aktif, sehingga pertumbuhannya lambat. 3.) Memiliki daya tahan yang baik terhadap zat kimia dan radiasi cahaya. Berikut ini adalah gambar daerah pertumbuhan pada ujung akar.



Gambar 2. Daerah pertumbuhan pada ujung akar



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



8



Sama halnya dengan ujung akar, batang juga memiliki tiga daerah titik tumbuh yang terdiri atas daerah pembelahan, pemanjangan, dan diferensiasi. a. Daerah pembelahan (cleavage) Daerah pembelahan merupakan daerah yang sel-sel meristematiknya aktif membelah. Sel-sel meristematik ini akan membentuk massa berbentuk kubah yang dibungkus oleh calon daun (primordial daun). b. Daerah pemanjangan Pada daerah ini, sel-selnya akan tumbuh membesar dan memanjang serta jaringan pembuluh sudah mulai tampak. c. Daerah diferensiasi (pendewasaan) Pada daerah ini, mulai terbentuk jaringan seperti epidermis, korteks, dan silinder pusat (stele). Berikut ini adalah gambar daerah pertumbuhan pada ujung batang.



Gambar 3. Daerah pertumbuhan pada ujung batang



SUPER "Solusi Quipper" Untuk mengingat daerah pertumbuhan pada ujung akar dan batang, gunakan cara SUPER berikut.



Meri Berambut Panjang Dipakaikan Pita Zona meristem, pemanjangan, dan diferensiasi



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



9



Contoh Soal 5 Berikut ini yang merupakan hasil dari aktivitas meristem primer adalah .... A. diameter batang bertambah besar B. batang dan akar bertambah panjang C. ranting bertambah banyak D. daun bertambah lebar E. cabang akar bertambah banyak Jawaban: B Pembahasan: Aktivitas meristem primer menyebabkan tumbuhan bertambah tinggi atau memanjang. Berdasarkan letaknya, ada dua macam meristem primer, yaitu meristem apikal atau meristem pucuk dan meristem interkalar atau meristem antar-ruas. Jadi, yang merupakan hasil dari aktivitas meristem primer adalah batang dan akar bertambah panjang.



Contoh Soal 6 Berikut ini yang merupakan hasil aktivitas kambium vaskuler adalah .... A. terbentuknya lapisan felem B. terbentuknya xilem sekunder C. terbentuknya epidermis D. terbentuknya lapisan feloderm E. terbentuknya akar cabang Jawaban: B Pembahasan: Kambium vaskuler adalah kambium yang terletak di dalam jaringan angkut, yaitu berada di antara jaringan xilem dan oem. Sel-sel kambium vaskuler akan membelah ke dua arah, ke arah luar akan membentuk oem sekunder dan ke arah dalam akan membentuk xilem sekunder. Jadi, yang merupakan hasil aktivitas kambium vaskuler adalah terbentuknya xilem sekunder.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



10



D. Faktor-Faktor Luar yang Memengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan Berikut ini adalah faktor-faktor luar yang memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan.



1. Suhu Suhu lingkungan memengaruhi kerja enzim dan hormon metabolisme. Oleh sebab itu, tumbuhan membutuhkan suhu optimum agar dapat tumbuh dengan bailk. Suhu optimum setiap tumbuhan berbeda-beda.



2. pH pH tanah memengaruhi kecepatan penyerapan zat hara dari dalam tanah. Kisaran pH yang dibutuhkan oleh setiap tumbuhan berbeda-beda.



3. Cahaya matahari Cahaya matahari merupakan faktor penting yang dibutuhkan oleh tumbuhan untuk melakukan proses fotosintesis.



4. Air Air diperlukan untuk proses pengangkutan zat hara dari tanah ke daun. Selain itu, air juga merupakan faktor penting yang dibutuhkan dalam proses fotosintesis.



5. Udara Udara mengandung oksigen dan karbon dioksida. Oksigen diperlukan untuk proses respirasi, sedangkan karbon dioksida diperlukan untuk proses fotosintesis.



6. Nutrisi Nutrisi atau makanan pada tumbuhan berupa unsur hara yang dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu sebagai berikut. a. Unsur makro adalah unsur hara yang dibutuhkan dalam jumlah besar, seperti C, H, O, N, S, P, K, Ca, dan Mg. b. Unsur mikro adalah unsur hara yang dibutuhkan dalam jumlah sedikit, seperti Cu, Zn, Co, Mn, Fe, Cl, dan Na.



7. Kelembapan udara Kelembapan udara memengaruhi kecepatan proses penguapan atau transpirasi oleh daun. Jika penguapan berjalan lambat, proses penarikan air dan hara dari tanah ke daun juga akan berjalan lambat. Sebaliknya, jika penguapan berjalan cepat, air dan hara juga akan diangkut dengan cepat.



8. Kecepatan angin Kecepatan angin juga memengaruhi kecepatan proses penguapan oleh daun. Kecepatan angin yang tinggi akan mempercepat proses penguapan, sedangkan kecepatan angin yang rendah akan memperlambat proses tersebut.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



11



SUPER "Solusi Quipper" Untuk mengingat faktor-faktor luar ini, gunakan cara SUPER berikut.



SaPU M A N UL A Suhu, pH, Udara, Cahaya Matahari, Air, Nutrisi, Kelembapan Udara, Kecepatan Angin.



Contoh Soal 7 Faktor-faktor luar yang memengaruhi pertumbuhan tanaman adalah .... A. cahaya, nutrisi, gen, dan air B. cahaya, nutrisi, suhu, dan kelembapan C. cahaya, gen, kelembapan, dan suhu D. nutrisi, hormon, air, dan suhu E. cahaya, hormon, kelembapan, dan air Jawaban: B Pembahasan: Faktor-faktor luar yang memengaruhi pertumbuhan tanaman antara lain adalah suhu, cahaya, air, udara, nutrisi, pH, kelembapan, dan kecepatan angin. Sementara gen dan hormon merupakan faktor-faktor yang memengaruhi pertumbuhan tanaman dari dalam. Jadi, faktor-faktor luar yang memengaruhi pertumbuhan tanaman adalah cahaya, nutrisi, suhu, dan kelembapan.



E. Faktor-Faktor yang Perkembangan



Memengaruhi



Pertumbuhan



dan



Berikut ini adalah faktor-faktor dalam yang memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan.



1. Gen (Hereditas) Gen adalah penentu sifat makhluk hidup yang diwariskan dari generasi ke generasi, termasuk tumbuhan. Gen dapat menentukan pola pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan yang bersangkutan.



2. Hormon Hormon adalah pembawa pesan kimiawi antarsel atau antarkelompok sel. Meskipun dihasilkan di dalam tubuh, kerja hormon juga dipengaruhi oleh faktor eksternal. Pada tumbuhan, terdapat beberapa hormon penting, yaitu: Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



12



a. Auksin Fungsi auksin adalah sebagai berikut. 1.) Memengaruhi pemanjangan sel. 2.) Merangsang kambium agar membentuk xilem dan oem. 3.) Memelihara elastisitas dinding sel. 4.) Membentuk dinding primer. 5.) Mendorong terjadinya partenogenesis (pembentukan buah tanpa melalui penyerbukan). 6.) Mendorong pembentukan akar cabang. 7.) Memengaruhi dominansi apikal batang. b. Giberelin Fungsi giberelin adalah sebagai berikut. 1.) Memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan embrio. 2.) Merangsang pembentukan enzim amilase yang berfungsi memecah amilum di dalam endosperma menjadi glukosa. 3.) Menormalkan tanaman kerdil. 4.) Memperbesar ukuran buah. 5.) Mendorong pembentukan serbuk sari. 6.) Mendorong pembentukan buah tanpa biji (partenokarpi). c. Sitokinin Fungsi sitokinin adalah sebagai berikut. 1.) Menghambat dominansi apikal yang dilakukan oleh auksin. 2.) Memengaruhi pembelahan sel. 3.) Menghambat proses penuaan daun. 4.) Menghambat pengguguran daun, bunga, dan buah. 5.) Mengatur pertumbuhan daun dan pucuk. 6.) Mendorong pertumbuhan tunas lateral. d. Kalin Kalin merupakan hormon yang memengaruhi pembentukan organ tumbuhan. Ada empat macam kalin, yaitu: 1.) Rizokalin, yang memengaruhi pembentukan akar. 2.) Kaulokalin, yang memengaruhi pembentukan batang. 3.) Filokalin, yang memengaruhi pembentukan daun. 4.) Antokalin, yang memengaruhi pembentukan bunga. e. Asam Traumalin Asam traumalin merupakan hormon yang memengaruhi proses regenerasi sel jika terjadi kerusakan jaringan atau luka pada tumbuhan.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



13



f. Etilen Etilen merupakan satu-satunya hormon yang berwujud gas. Etilen berperan dalam proses pematangan buah. g. Asam Absisat Asam absisat merupakan hormon yang bekerja antagonis terhadap auksin dan giberelin, yaitu mendorong proses penuaan dan kerontokan daun. Selain itu, asam absisat juga mendorong terjadinya dormansi jika lingkungan tidak menguntungkan, serta memengaruhi membuka atau menutupnya stomata.



Contoh Soal 8 Terbentuknya kalus pada batang dikotil yang terluka disebabkan oleh pengaruh hormon …. A. auksin



D. asam traumalin



B. kaulokalin



E. sitokinin



C. giberelin Jawaban: D Pembahasan: Fungsi hormon asam traumalin adalah memengaruhi regenerasi sel jika ada jaringan yang rusak atau terluka. Caranya adalah dengan membentuk kalus pada wilayah yang rusak tersebut. Kalus merupakan sekelompok sel yang seragam atau belum terdiferensiasi akibat pembelahan sel yang terus-menerus. Jadi, terbentuknya kalus pada batang dikotil yang terluka disebabkan oleh pengaruh hormon asam traumalin.



Contoh Soal 9 Daun menjadi tua dan menguning setelah mencapai usia tertentu. Hormon yang memengaruhi peristiwa tersebut adalah .... A. auksin



D. giberelin



B. lokalin



E. asam absisat



C. sitokinin Jawaban: E Pembahasan: Setelah mencapai usia tertentu, daun akan menguning. Hal ini terjadi karena bertumpuknya hormon asam absisat di daerah pangkal daun. Tingginya kadar asam absisat akan menyebabkan kerusakan sel-sel di daerah tersebut, sehingga daun-daun tidak bisa mendapatkan pasokan nutrisi. Akibatnya, sel-sel daun perlahan-lahan akan mengalami kerusakan. Jadi, hormon yang memengaruhi peristiwa tersebut adalah asam absisat. Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



14



F. Pertumbuhan dan Perkembangan pada Manusia Setiap manusia akan mengalami pertumbuhan dan perkembangan. Pertumbuhan menyebabkan pertambahan ukuran tubuh, sedangkan perkembangan menyebabkan tercapainya kedewasaan, baik secara biologis maupun psikologis. Tahapan pertumbuhan dan perkembangan pada manusia dapat dikelompokkan menjadi dua bagian besar, yaitu tahapan pertumbuhan dan perkembangan sebelum kelahiran (prenatal) dan setelah kelahiran (postnatal).



1. Pertumbuhan dan Perkembangan sebelum Kelahiran (Prenatal) Pertumbuhan dan perkembangan sebelum kelahiran dimulai dari proses pembentukan embrio hingga menjadi janin yang siap lahir. Proses pertumbuhan dan perkembangan dari zigot hingga menjadi embrio meliputi beberapa tahap, yaitu sebagai berikut. a. Zigot, yaitu tahap embrionik paling awal yang didahului oleh proses fertilisasi ovum oleh sperma. Zigot terdiri atas satu sel saja. b. Morula, yaitu sekumpulan sel hasil pembelahan zigot secara mitosis yang berlangsung terus-menerus. Walaupun terdiri atas beberapa sel, ukuran morula masih sama dengan ukuran zigot. Hal ini dikarenakan proses mitosis pada morula hanya menambah jumlah sel, tanpa menambah volume dan massa sel. c. Blastula, yaitu sekumpulan sel berbentuk bola berongga. Rongga pada blastula disebut blastosol. Blastula merupakan hasil pembelahan lebih lanjut dari morula. d. Gastrula, yaitu sekumpulan sel hasil pembelahan lebih lanjut dari blastula. Pada gastrula terbentuk dua kutub pembelahan, yaitu kutub animal dan kutub vegetal. Kutub animal tersusun dari sel-sel yang ukurannya lebih kecil daripada sel-sel pada kutub vegetal. Sel-sel pada kutub animal juga lebih aktif membelah. Perbedaan ini mendorong terjadinya lipatan ke arah dalam (invaginasi), sehingga terbentuk jaringan embrional. Jaringan embrional selanjutnya akan membentuk 3 lapisan embrional, yaitu ektoderm, mesoderm, dan endoderm. e. Organogenesis, yaitu proses diferensiasi jaringan embrional menjadi berbagai macam organ. 1.) Lapisan ektoderm, yaitu lapisan yang akan berkembang menjadi epidermis, gigi, rambut, saraf, dan alat-alat indra. 2.) Lapisan mesoderm, yaitu lapisan yang akan berkembang menjadi rangka, otot, alat-alat ekskresi, alat-alat peredaran darah, dan alat-alat reproduksi. 3.) Lapisan endoderm, yaitu lapisan yang akan berkembang menjadi alat-alat pernapasan, alat-alat pencernaan, hati, dan pankreas.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



15



Setelah melalui seluruh tahapan tersebut, terbentuklah embrio. Embrio selanjutnya akan berkembang menjadi janin selama kurang lebih 9 bulan atau 40 minggu di dalam kandungan. Berikut ini adalah proses pertumbuhan dan perkembangan embrio pada manusia. No. 1.



Usia Kehamilan 1 minggu



Ciri-Ciri Pertumbuhan dan Perkembangan Terbentuk



zigot



hasil



fertilisasi



yang



kemudian



melakukan pembelahan menjadi kurang lebih 100 sel. 2.



2 minggu



Terbentuk kurang lebih 150 sel. Mulai terbentuk lapisan embrional yang terdiri atas ektoderm, mesoderm, dan endoderm.



3.



3 minggu



Embrio berhasil menempel sempurna pada rahim. Mulai terbentuk plasenta dan beberapa organ, seperti jantung, pembuluh darah, otak, tulang belakang, dan kelenjar tiroid.



4.



4 minggu



Jantung dan pembuluh darah mulai berfungsi mengalirkan darah. Mulai terbentuk kaki dan tangan.



5.



5 minggu



Mulai terbentuk mulut, mata, dan telinga. Sistem saraf dan struktur dasar otak sudah terbentuk. Tangan yang terbentuk belum memiliki jari.



6.



6 minggu



Kaki mulai tumbuh, meskipun belum memiliki jari. Bibir atas dan langit-langit mulut sudah terbentuk. Sistem pencernaan mulai dibentuk.



7.



7 minggu



Jari-jari tangan dan kaki sudah terbentuk. Paru-paru mulai dibentuk. Sistem saraf dan otot sudah berfungsi dengan baik.



8.



8 minggu



Kelopak mata dan hidung mulai terbentuk. Janin mulai dikelilingi oleh air ketuban.



9.



9 minggu



Wajah janin mulai terlihat jelas. Mata lebih besar dan berwarna. Mulai dapat membuka mulut. Kelenjar ludah sudah terbentuk.



10.



10 minggu



Sel-sel tulang mulai terbentuk untuk menggantikan tulang rawan. Jantung sudah berdetak sempurna.



11.



11 minggu



Tulang wajah mulai terbentuk. Janin sudah bisa menelan dan mengeluarkan urine. Kelopak mata masih tertutup.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



16



No.



Usia Kehamilan



12.



12 minggu



Ciri-Ciri Pertumbuhan dan Perkembangan Terjadi



perkembangan



untuk



menyempurnakan



organ-organ yang sudah terbentuk. Terjadi perubahan pada tulang belakang bayi, yang tadinya terdiri atas tulang rawan menjadi tulang keras. 13.



13 – 17 minggu



Mulut janin dapat digerakkan. Alat kelamin sudah dapat dilihat. Muncul lanugo (rambut-rambut halus) pada daerah kepala.



14.



18 – 22 minggu



Janin mulai dapat mendengar dan memberikan respons berupa gerakan seperti menendang atau memukul.



15.



23 – 26 minggu



Bulu mata dan alis mulai tampak. Paru-paru makin sempurna. Pankreas sudah berfungsi efektif.



16.



27 – 31 minggu



Semua organ sudah matang, sehingga jika terjadi kelahiran pada kisaran minggu ini, janin memiliki peluang hidup yang cukup tinggi. Meskipun begitu, bayi dapat mengalami cacat lahir dan berat badan rendah.



17.



32 – 36 minggu



Gerakan janin makin kuat. Janin memiliki kulit yang sangat halus berwarna merah muda



18.



37 – 40 minggu



Janin siap untuk lahir, karena seluruh organ tubuhnya sudah berfungsi sempurna.



Berikut ini adalah gambar pertumbuhan janin dalam 40 minggu.



Gambar 4. Pertumbuhan janin dalam 40 minggu



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



17



2. Pertumbuhan dan Perkembangan setelah Kelahiran (Postnatal) Setelah melalui proses kelahiran, seorang bayi akan mengalami pertumbuhan dan perkembangan menjadi orang dewasa. Pertumbuhan dan perkembangan ini dapat dibagi menjadi 5 fase, yaitu balita, anak-anak, remaja, dewasa, dan manula. Berikut ini adalah tabel ciri-ciri pertumbuhan dan perkembangan yang terjadi pada setiap fase tersebut. No.



Nama Fase



1.



Balita (0 – 5 tahun)



Ciri-Ciri Pertumbuhan fisik sangat pesat. Terjadi perkembangan motorik seperti tengkurap, merangkak, berjalan, dan berlari. Terjadi perkembangan komunikasi, seperti berteriak, tertawa, dan mulai berbicara. Terjadi perkembangan lebih lanjut seperti belajar memakai



baju



sendiri



atau



mencoba



minum



menggunakan gelas. 2.



Anak-anak (6 – 10



Emosi masih berubah-ubah.



tahun)



Keingintahuan terhadap sesuatu sangat besar. Mengenal baik dan buruk. Mulai belajar mengenal lingkungan di sekitarnya.



3.



Remaja (11 – 18



Terjadi



perubahan



fisik



pada



pertumbuhan



dan



tahun)



perkembangan yang dipengaruhi oleh hormon kelamin. Masa ini disebut juga masa pubertas. Perubahan ini mencakup ciri-ciri kelamin primer dan sekunder Laki-laki Pada laki-laki ditandai dengan terjadinya mimpi basah, yaitu keluarnya sperma dari tubuh. Adapun ciri-ciri sekunder pada laki-laki antara lain adalah sebagai berikut. Tumbuh kumis. Jakun membesar. Dada lebih lebar dan bidang. Tumbuh rambut di ketiak dan sekitar alat kelamin. Suara berubah menjadi besar dan berat. Perempuan Pada



perempuan



menstruasi.



ditandai



Adapun



ciri-ciri



dengan



terjadinya



sekunder



pada



perempuan antara lain adalah sebagai berikut. Tumbuh payudara. Pinggul membesar. Suara kecil dan halus. Tumbuh rambut di ketiak dan sekitar alat kelamin. Kulit menjadi lebih halus.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



18



No. 4.



Nama Fase



Ciri-Ciri



Dewasa (19 – 50



Ukuran tubuh mencapai ukuran maksimal.



tahun)



Emosi lebih stabil. Melakukan pengembangan potensi diri seperti hubungan sosial dengan orang lain, bekerja, mengejar prestasi, dan berani memutuskan untuk menikah.



5.



Manula (> 50



Terjadi penurunan fungsi organ tubuh.



tahun)



Daya tahan tubuh menurun. Kecepatan bergerak menurun. Tubuh lebih cepat merasa letih.



Berikut ini adalah gambar tahapan pertumbuhan dan perkembangan setelah kelahiran.



Gambar 5. Pertumbuhan dan perkembangan setelah kelahiran



G. Faktor-Faktor Luar yang Memengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan Pertumbuhan dan perkembangan pada manusia dipengaruhi oleh faktor internal dan faktor eksternal.



1. Faktor Internal Faktor internal meliputi gen, umur, jenis kelamin, dan ras. a. Gen Gen merupakan faktor yang paling dominan dalam menentukan pertumbuhan dan perkembangan pada manusia. Ciri khas yang dimiliki oleh manusia dipengaruhi oleh gen-gen yang dibawa, seperti bentuk mata, warna kulit, dan sebagainya. Selain itu, gen juga memengaruhi sistem metabolisme tubuh, sehingga dapat berpengaruh terhadap pertumbuhan dan perkembangan.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



19



b. Umur Pertumbuhan dan perkembangan pada manusia dipengaruhi oleh umur. Fase pertumbuhan dan perkembangan pada manusia dimulai sejak manusia masih berada di dalam kandungan, hingga mencapai umur 20 tahun. Pada fase ini, terjadi pertumbuhan dan perkembangan yang lebih cepat dari fase berikutnya. Mulai umur 21 tahun hingga 50 tahun, manusia memasuki fase dewasa. Pada fase ini, manusia sudah tidak mengalami pertumbuhan dan perkembangan lagi. Jadi, umur dapat menghentikan pertumbuhan dan perkembangan pada manusia. c. Jenis kelamin Pertumbuhan dan perkembangan pada laki-laki dan perempuan berbeda. Perempuan mengalami pertumbuhan dan perkembangan yang lebih cepat di masa bayi hingga anak-anak. Misalnya, balita perempuan bisa berjalan atau berbicara lebih cepat dibandingkan dengan balita laki-laki. Memasuki masa pubertas, pertumbuhan dan perkembangan anak perempuan melambat. Sebaliknya, anak laki-laki mengalami pertumbuhan dan perkembangan yang lebih cepat pada masa pubertas. d. Ras Ras menjadi salah satu faktor yang memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan pada manusia. Misalnya, ras Asia cenderung memiliki postur tubuh yang lebih pendek dibandingkan ras Amerika.



2. Faktor Eksternal Faktor eksternal meliputi faktor prenatal, faktor persalinan, dan faktor pasca persalinan. a. Faktor prenatal Faktor prenatal meliputi gizi, zat kimia atau toksin, infeksi, radiasi, endokrin, anoksia embrio, kelainan imunologi, psikologi ibu, dan mekanis. 1.) Gizi Pertumbuhan dan perkembangan janin di dalam kandungan sangat dipengaruhi oleh kecukupan gizi sang ibu. Oleh sebab itu, seorang ibu hamil harus cukup mengonsumsi makanan bergizi yang kaya dengan karbohidrat, protein, lipid, vitamin, dan mineral. Hal ini bertujuan agar janin dapat tumbuh dan berkembang dengan baik. 2.) Zat kimia atau toksin Zat kimia dalam obat-obatan yang dikonsumsi oleh ibu hamil harus benar-benar diperhatikan. Hal ini perlu dilakukan agar tidak mengganggu pertumbuhan dan perkembangan janin.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



20



3.) Infeksi Infeksi mikroorganisme patogen seperti TORCH (toksoplasma, rubella, cytomegalovirus, dan herpes simpleks) dapat menyebabkan kelainan pada janin. Misalnya katarak, bisu tuli, mikrosepali, retardasi mental, dan kelainan jantung kongenital. Adanya kelainan tersebut dapat mengganggu pertumbuhan dan perkembangan janin. 4.) Radiasi Paparan radiasi sinar-sinar radioaktif seperti sinar rontgen dapat mengganggu pertumbuhan dan perkembangan janin. 5.) Endokrin Penyakit hormonal seperti diabetes melitus dapat menimbulkan gangguan pada pertumbuhan dan perkembangan janin. Jika seorang ibu hamil adalah penderita diabetes melitus, janin yang dikandungnya dapat terserang kelainankelainan seperti makrosomia, hiperplasia adrenal, atau kardiomegali. 6.) Anoksia embrio Anoksia embrio adalah kelainan yang timbul akibat adanya gangguan pada fungsi plasenta. Plasenta tidak dapat berfungsi dengan baik, terutama dalam proses penyaluran zat makanan dan oksigen bagi janin. 7.) Kelainan imunologi Faktor ini dapat terjadi jika ada perbedaan golongan darah antara ibu dan janin. Sebagai contoh, eritroblastosis fetalis yang terjadi karena rhesus ibu negatif, sedangkan rhesus janin positif. 8.) Psikologis ibu Kondisi psikologis seorang ibu hamil turut berperan penting dalam pertumbuhan dan perkembangan janin yang dikandungnya. Jika kondisi psikologis ibu terus-menerus tertekan, akan membawa dampak buruk bagi pertumbuhan dan perkembangan janinnya. 9.) Mekanis Gangguan mekanis seperti posisi janin yang tidak normal dapat mengganggu pertumbuhan dan perkembangan janin. b. Faktor persalinan Jika dalam proses persalinan terjadi gangguan seperti asfiksia atau trauma kepala, jaringan otak bayi dapat mengalami kerusakan.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



21



c. Faktor pasca persalinan 1.) Sanitasi lingkungan Lingkungan yang bersih dan sehat sangat memengaruhi kesehatan seorang anak. Kesehatan anak ini pada akhirnya juga akan memengaruhi pertumbuhan dan perkembangannya. Oleh sebab itu, sangat penting memperhatikan kebersihan lingkungan, misalnya menjauhkan anak dari asap rokok atau paparan sinar radioaktif. 2.) Gizi Kecukupan gizi sangat penting bagi pertumbuhan dan perkembangan anak. Pada masa bayi, ibu harus memberikan ASI yang cukup. Setelah masa pemberian ASI lewat, makanan anak harus cukup mengandung zat-zat makanan yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangannya. 3.) Penyakit kronis Beberapa penyakit kronis seperti anemia, TBC, kelainan jantung, atau penyakit menurun seperti talasemia dapat mengganggu pertumbuhan dan perkembangan seorang anak. 4.) Obat-obatan Obat-obatan seperti kortikosteroid yang dikonsumsi dalam jangka panjang dapat mengganggu pertumbuhan dan perkembangan anak. 5.) Psikologis Jika hubungan psikologis seorang anak dengan orang-orang di sekitarnya kurang baik, proses pertumbuhan dan perkembangannya dapat terganggu. 6.) Kondisi sosio-ekonomi Kondisi sosio-ekonomi yang baik akan berdampak baik bagi pertumbuhan dan perkembangan anak, begitu juga sebaliknya. 7.) Endokrin Hormon dapat memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan anak. Misalnya pada sekresi hormon pertumbuhan yang tidak normal. Jika sekresinya berlebih, dapat menyebabkan gigantisme. Jika sekresinya kurang dari normal, dapat menyebabkan kekerdilan. 8.) Lingkungan pengasuhan Pola asuh orang tua, terutama ibu sangat memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan seorang anak. 9.) Perasaan Perasaan yang selalu tertekan dapat memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan seorang anak, terutama saat masa pertumbuhan. Selain itu, juga dapat mengganggu kesehatan.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



22



10.) Pekerjaan Pekerjaan yang terlalu banyak mengandalkan fisik dapat mengganggu pertumbuhan dan perkembangan seorang anak. Sebagai contoh, seorang anak yang harus bekerja sebagai kuli angkut. Beban yang berat dapat mengganggu pertumbuhan dan perkembangannya.



H. Pertumbuhan dan Perkembangan pada Hewan Pertumbuhan dan perkembangan pada hewan dapat dibagi menjadi dua fase, yaitu fase embrionik dan fase pascaembrionik.



1. Fase embrionik Fase embrionik merupakan tahap pertumbuhan dan perkembangan yang dimulai dari zigot hingga terbentuknya embrio sebelum lahir atau menetas. Fase embrionik terdiri atas zigot, morula, blastula, gastrula, serta diferensiasi dan organogenesis. a. Zigot Zigot terbentuk dari hasil fertilisasi ovum dan sperma. Zigot hanya terdiri atas satu sel saja. Selanjutnya, zigot akan membelah secara mitosis. b. Morula Morula merupakan kumpulan sel berbentuk buah anggur hasil pembelahan mitosis dari zigot. Proses pembentukan morula disebut morulasi. Pada morula terbentuk dua kutub pembelahan, yaitu kutub animal dan kutub vegetal. Kutub animal terdiri atas sel-sel berukuran kecil dan dapat membelah dengan cepat. Sementara kutub vegetal terdiri atas sel-sel berukuran besar dan pembelahannya lebih lambat. Di antara kedua kutub, terdapat daerah sabit abu-abu (gray crescent). c. Blastula Proses pembelahan sel-sel pada morula berlanjut, sehingga terbentuk kumpulan sel berbentuk bola berongga yang disebut blastula. Proses pembentukan blastula disebut blastulasi. Rongga di dalam blastula disebut blastosol yang berisi cairan. d. Gastrula Proses pembentukan gastrula disebut gastrulasi. Pembelahan yang cepat dari selsel di kutub animal menyebabkan kutub vegetal melekuk ke dalam (invaginasi). Invaginasi mengakibatkan terbentuknya lapisan ektoderm dan endoderm. Bagian ektoderm akan membentuk kulit, sedangkan bagian endoderm akan membentuk berbagai saluran. Bagian tengah dari gastrula membentuk saluran yang disebut arkenteron. Arkenteron akan berkembang menjadi saluran pencernaan. Salah satu ujung akan berkembang menjadi anus, sedangkan ujung yang lain akan berkembang menjadi mulut. Sebagian endoderm akan berdiferensiasi menjadi lapisan mesoderm. Di akhir fase gastrula, akan terbentuk 3 lapisan embrional, yaitu ektoderm, mesoderm, dan endoderm.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



23



e. Diferensiasi dan Organogenesis Diferensiasi adalah proses perkembangan sel menjadi sel-sel yang memiliki struktur dan fungsi lebih khusus. Sementara organogenesis adalah proses pembentukan organ. Pada tahap ini, lapisan embrional berkembang menjadi berbagai macam organ. 1.) Lapisan ektoderm akan membentuk epidermis, rambut, kelenjar minyak, kelenjar keringat, email gigi, sistem saraf, dan saraf reseptor. 2.) Lapisan mesoderm akan membentuk tulang, jaringan ikat, otot, sistem ekskresi, sistem transportasi, dan sistem reproduksi. 3.) Lapisan endoderm akan membentuk sistem pencernaan, sistem pernapasan, dan kelenjar gondok. Setelah fase ini, terbentuklah embrio. Selanjutnya, embrio akan tumbuh dan berkembang menjadi janin.



Gambar 6. Tahapan-tahapan pada fase embrionik



2. Fase Pascaembrionik Fase pascaembrionik merupakan tahap pertumbuhan dan perkembangan yang dimulai sejak lahir atau menetas hingga dewasa. Fase pascaembrionik dibagi menjadi dua tahap, yaitu tahap regenerasi dan tahap metamorfosis. a. Regenerasi Regenerasi merupakan proses perbaikan bagian tubuh yang luka atau rusak. Pada hewan tingkat rendah, proses regenerasi dapat berarti proses reproduksi. Sebagai contoh, pada cacing Planaria yang tubuhnya dipotong, setiap potongannya akan tumbuh menjadi individu baru yang lengkap.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



24



b. Metamorfosis Metamorfosis merupakan proses perubahan ukuran, bentuk, dan bagian-bagian tubuh hewan dari suatu stadium ke stadium berikutnya. Metamorfosis dialami oleh serangga dan katak. 1.) Metamorfosis pada serangga Ada tiga tipe metamorfosis pada serangga, yaitu ametamorfosis (ametabola), metamorfosis tidak sempurna (hemimetabola), dan metamorfosis sempurna (holometabola). Ametamorfosis (ametabola) adalah suatu golongan serangga yang tidak mengalami metamorfosis selama hidupnya. Stadium yang dialami adalah stadium telur dan stadium dewasa (imago). Contohnya kutu buku (Lepisma sp.) Metamorfosis tidak sempurna (hemimetabola) adalah metamorfosis yang terdiri atas stadium telur, nimfa, dan imago. Pada metamorfosis tidak sempurna, tidak ada stadium pupa atau kepompong. Contohnya belalang, jangkrik, dan kecoa. Metamorfosis sempurna (holometabola) adalah metamorfosis yang terdiri atas stadium telur, larva, pupa, dan imago. Contohnya kupu-kupu, lebah, lalat, dan semut. Berikut ini adalah gambar metamorfosis sempurna dan metamorfosis tidak sempurna.



Gambar 7. Metamorfosis sempurna dan metamorfosis tidak sempurna



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



25



2.) Metamorfosis pada katak Metamorfosis pada katak dibagi menjadi tiga fase, yaitu fase premetamorfosis, prometamorfosis, dan metamorfosis klimaks. Premetamorfosis Pada fase ini, telur yang dibuahi akan tumbuh menjadi berudu (kecebong). Prometamorfosis Pada fase ini, muncul kaki belakang dan pertumbuhan tubuh berjalan lambat. Metamorfosis klimaks Pada fase ini, muncul kaki depan dan ekor mulai menghilang. Berikut ini adalah gambar metamorfosis pada katak.



Gambar 8. Metamorfosis pada katak



I. Faktor-Faktor Luar yang Memengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan pada Hewan Pertumbuhan dan perkembangan pada hewan juga dipengaruhi oleh faktor internal dan faktor eksternal.



1. Faktor Internal Faktor internal meliputi gen, ras, hormon, jenis kelamin, dan umur. a. Gen Gen sangat menentukan pertumbuhan dan perkembangan pada hewan. Gen juga mengatur berbagai macam karakter, sifat fisik, dan tingkah laku hewan. Oleh sebab itu, gen berperan dalam menentukan kualitas dan kuantitas hewan yang akan dihasilkan.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



26



b. Ras Ras turut menentukan pertumbuhan dan perkembangan pada hewan. Misalnya, kucing lokal cenderung memiliki tubuh yang lebih kecil daripada kucing ras. c. Hormon Hormon dapat memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan pada hewan. Oleh sebab itu, gangguan hormonal dapat menghasilkan pertumbuhan dan perkembangan yang tidak normal. d. Jenis kelamin Pertumbuhan dan perkembangan pada hewan juga dipengaruhi oleh jenis kelamin. Umumnya, hewan jantan memiliki pertumbuhan dan perkembangan yang lebih cepat daripada hewan betina. e. Umur Umur hewan ikut memengaruhi pertumbuhan dan perkembangannya. Pada hewan ternak, umur ternak sangat memengaruhi daya produksinya. Misalnya pada ayam petelur. Semakin tua, jumlah telur yang dihasilkan semakin menurun.



2. Faktor Eksternal Faktor eksternal meliputi suhu, cahaya matahari, nutrisi, lingkungan, dan aktivitas fisik. a. Suhu Pertumbuhan dan perkembangan pada hewan sangat dipengaruhi oleh suhu. Jika suhu terlalu tinggi atau terlalu rendah, metabolisme tubuh hewan dapat terganggu. Akibatnya, pertumbuhan dan perkembangannya juga ikut terganggu. b. Cahaya matahari Cahaya



matahari



yang



cukup



dapat



menghasilkan



pertumbuhan



dan



perkembangan yang baik bagi hewan. c. Nutrisi Makanan yang cukup dan berkualitas akan menghasilkan pertumbuhan perkembangan yang baik bagi hewan. d. Lingkungan Untuk mendapatkan pertumbuhan dan perkembangan yang baik, hewan memerlukan lingkungan hidup yang bersih, sehat, dan nyaman. e. Aktivitas fisik Hewan dapat bergerak dengan aktif jika ruang geraknya cukup luas. Aktivitas yang aktif dapat menghasilkan pertumbuhan dan perkembangan yang baik bagi hewan.



Pertumbuhan dan Perkembangan pada Makhluk Hidup



27



Kurikulum 2013 Revisi



Kelas XII



B I O LO G I



Metabolisme 1 Tujuan Pembelajaran



Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami pengertian dan jenis-jenis metabolisme. 2. Memahami komponen, cara kerja, dan sifat enzim. 3. Memahami nomenklatur, klasifikasi, dan faktor-faktor yang memengaruhi kerja enzim. 4. Memahami proses katabolisme, baik pada respirasi aerob maupun anaerob.



A. Pengantar Metabolisme Metabolisme adalah proses penting yang terjadi di dalam tubuh setiap organisme yang masih hidup. Di dalam metabolisme, terjadi proses pemecahan dan penyusunan senyawasenyawa kimia. Tujuan dari metabolisme adalah untuk memelihara kelangsungan hidup sel-sel penyusun tubuh organisme. Metabolisme dapat digolongkan menjadi dua, yaitu katabolisme dan anabolisme. Katabolisme adalah proses pemecahan senyawa-senyawa organik (senyawa kompleks, misal gula) menjadi senyawa-senyawa anorganik (senyawa sederhana, misal CO2 dan H2O) agar diperoleh energi. Energi hasil katabolisme ini berupa senyawa yang disebut ATP (Adenosin triphosphat). ATP sangat dibutuhkan untuk berlangsungnya prosesproses di dalam tubuh, seperti regenerasi sel, pembelahan sel, pertumbuhan, dan perkembangan. Kebalikan dari katabolisme adalah anabolisme. Anabolisme adalah proses penyusunan senyawa-senyawa anorganik (senyawa sederhana, misal H2O dan CO2) menjadi senyawa-



senyawa organik (misal karbohidrat, lemak, dan protein) yang membutuhkan energi. Senyawa-senyawa organik inilah yang nantinya digunakan dalam proses katabolisme. Metabolisme yang terjadi di dalam tubuh organisme berlangsung melalui reaksi-reaksi kimia yang rumit. Untuk mendukung agar reaksi-reaksi kimia tersebut dapat berjalan dengan baik, tubuh membentuk zat khusus yang disebut enzim. Enzim adalah suatu senyawa kimia yang dapat mempercepat reaksi kimia di dalam tubuh organisme. Oleh sebab itu, enzim disebut juga dengan biokatalisator. Hampir semua reaksi metabolisme dalam tubuh melibatkan enzim.



B. Komponen Penyusun Enzim dan Cara Kerjanya Enzim terdiri atas dua komponen utama, yaitu senyawa protein dan senyawa nonprotein. Senyawa protein penyusun enzim disebut apoenzim, sedangkan senyawa nonproteinnya disebut kofaktor. Ada tiga macam kofaktor, yaitu koenzim, ion-ion anorganik, dan gugus prostetik. Koenzim adalah kofaktor berupa senyawa-senyawa organik yang berikatan renggang dengan enzim, seperti NAD+, FAD+, NADP+, atau turunan-turunan vitamin. Fungsi koenzim adalah untuk memindahkan gugus kimia, atom, atau elektron dari satu enzim ke enzim lainnya. Ion-ion anorganik adalah kofaktor yang terikat dengan substrat kompleks atau enzim, sehingga fungsi enzim menjadi lebih efektif. Ion-ion anorganik tersebut umumnya berupa ion-ion logam seperti Fe2+, Cu2+, atau Mg2+. Gugus prostetik adalah kofaktor yang umumnya terikat kuat pada enzim dan sulit terurai. Gugus prostetik berfungsi memberi kekuatan tambahan terhadap kerja enzim. Contohnya adalah FAD (Flavin Adenin Dinukleotida) yang merupakan gugus prostetik dari enzim suksinat dehidrogenase, dan heme yang merupakan gugus prostetik dari enzim peroksidase. Cara kerja enzim di dalam tubuh dapat dijelaskan dengan dua teori, yaitu sebagai berikut.



1. Teori Lock-Key Teori ini dikemukakan oleh Emil Fischer. Menurut teori lock-key, sisi aktif enzim berperan seperti gembok, sedangkan substrat berperan seperti anak kunci. Jadi, untuk membentuk kompleks enzim-substrat, harus ada kesesuaian antara sisi aktif enzim dan substrat. Teori lock-key dapat digambarkan sebagai berikut.



Metabolisme 1



2



Gambar 1. Teori lock-key



2. Teori Induced Fit Teori ini dikemukakan oleh Daniel Koshland. Menurut teori induced fit, setiap molekul substrat mempunyai bentuk permukaan yang hampir pas dengan permukaan sisi aktif enzim. Jika substrat masuk ke dalam sisi aktif enzim dan membentuk kompleks enzim-substrat, sisi aktif akan mengubah bentuknya sehingga sesuai dengan permukaan substrat tersebut. Teori induced fit dapat digambarkan sebagai berikut.



Gambar 2. Teori induced fit



Contoh Soal 1 Suatu enzim selalu tersusun atas dua komponen senyawa kimia. Senyawa kimia tersebut adalah .... A. protein dan protein B. protein dan koenzim C. koenzim dan kofaktor D. koenzim dan koenzim E. kofaktor dan kofaktor Jawaban: B Penjelasan: Enzim selalu tersusun atas dua komponen senyawa kimia, yaitu protein yang disebut apoenzim dan nonprotein yang disebut kofaktor. Ada tiga macam kofaktor, yaitu koenzim, ion-ion anorganik, dan gugus prostetik. Ini berarti, suatu enzim dapat tersusun



Metabolisme 1



3



atas protein dan koenzim, protein dan ion-ion anorganik, atau protein dan gugus prostetik.



Contoh Soal 2 Enzim akan mengalami kerusakan pada suhu tinggi. Hal ini terjadi karena .... A. enzim tersusun dari senyawa-senyawa yang mengandung logam B. enzim mengandung senyawa protein yang mudah rusak pada suhu tinggi C. enzim tersusun dari senyawa-senyawa organik D. enzim tersusun dari senyawa-senyawa anorganik E. enzim mengandung senyawa-senyawa nonlogam Jawaban: B Penjelasan: Salah satu komponen penyusun enzim adalah protein. Protein adalah senyawa yang mudah rusak jika berada pada suhu tinggi. Oleh sebab itu, enzim juga akan mengalami kerusakan jika berada pada suhu tinggi.



C. Sifat dan Ciri-Ciri Enzim Enzim memiliki sifat dan ciri-ciri berikut. 1. Bekerja spesifik Enzim hanya dapat bekerja terhadap substrat yang sesuai. Misalnya enzim lipase yang bekerja terhadap substrat lemak. Enzim lipase ini akan memecah lemak menjadi asam lemak dan gliserol. 2. Bekerja dalam jumlah sedikit Enzim tetap dapat bekerja dengan baik pada substrat yang jumlahnya lebih banyak dibandingkan jumlah enzimnya. 3. Dapat mempercepat reaksi tanpa ikut bereaksi Dalam suatu reaksi kimia yang melibatkan enzim, tugas enzim hanya mempercepat reaksi, tetapi tidak ikut bereaksi. Jika reaksi telah berakhir, enzim akan dibentuk seperti semula. Sifat ini dapat dijelaskan dengan gambar berikut. Sisi aktif



Enzim



Substrat



Kompleks Enzim Substrat



Enzim



Produk



Gambar 3. Reaksi enzim-substrat membentuk produk Metabolisme 1



4



4. Bekerja bolak-balik Enzim bekerja dalam dua arah (bolak balik). Meskipun begitu, enzim tidak menentukan arah reaksi, tetapi hanya mempercepat sampai terjadinya kesetimbangan. 5. Memperkecil penggunaan energi aktivasi Setiap reaksi kimia membutuhkan sejumlah energi untuk memulai reaksinya. Energi ini disebut energi aktivasi. Reaksi kimia yang tidak melibatkan enzim akan memerlukan energi aktivasi yang besar, tetapi jika melibatkan enzim, energi aktivasi



Energi bebas



yang diperlukan menjadi lebih kecil. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut! Energi pengaktifan tidak dikatalis Energi pengaktifan dikatalis



Gambar 4. Penurunan energi aktivasi akibat penggunaan enzim



6. Merupakan suatu protein Oleh karena enzim merupakan suatu protein, maka sifat enzim sama dengan sifat protein, yaitu tidak tahan terhadap panas tinggi. Enzim bekerja dengan baik pada suhu antara 30oC – 37oC, dan dapat bekerja lebih cepat pada suhu di atas 50oC. Namun, pada suhu antara 60oC – 70oC, kerja enzim mulai menurun. Berdasarkan tempat kerjanya, enzim dibedakan menjadi dua, yaitu endoenzim dan eksoenzim. 1. Endoenzim atau disebut juga enzim intraseluler adalah enzim yang aktivitasnya di dalam sel. Contoh: peroksidase. 2. Eksoenzim atau disebut juga enzim ekstraseluler adalah enzim yang aktivitasnya di luar sel. Contoh: amilase. Pada umumnya, enzim tidak dapat bekerja tanpa senyawa nonprotein yang disebut kofaktor. Peran kofaktor dalam kerja enzim adalah sebagai berikut. 1. Melengkapi dan memodifikasi struktur enzim sehingga substrat dapat melekat pada enzim. 2. Bereaksi sebagai donor atom atau donor elektron bagi substrat.



Metabolisme 1



5



3. Bersama residu tertentu mempolarisasi substrat sehingga mudah dikatalisis oleh enzim. 4. Sebagai akseptor sementara untuk atom, proton, atau elektron, dan akan kembali setelah reaksi berakhir. Contoh Soal 3 Perhatikan grafik yang menunjukkan hubungan pengaruh enzim terhadap pemanfaatan energi untuk reaksi kimia berikut.



Energi bebas



Energi pengaktifan tidak dikatalis Energi pengaktifan dikatalis



Berdasarkan grafik tersebut, dapat disimpulkan bahwa .... A. enzim menurunkan energi aktivasi B. enzim meningkatkan energi aktivasi C. energi aktivasi tidak memengaruhi kerja enzim D. energi aktivasi meningkatkan kerja enzim E. kerja enzim tidak ada hubungannya dengan energi aktivasi Jawaban: A Penjelasan: Energi aktivasi atau energi pengaktifan adalah energi yang dibutuhkan untuk memulai suatu reaksi kimia. Berdasarkan gambar, jumlah energi pengaktifan yang tidak dikatalis atau tidak melibatkan enzim akan lebih besar dibandingkan energi pengaktifan yang dikatalis. Oleh sebab itu, salah satu fungsi enzim adalah menurunkan penggunaan energi pengaktifan (energi aktivasi).



Contoh Soal 4 Berikut ini adalah sifat-sifat enzim, kecuali .... A. bekerja spesifik B. tidak memengaruhi kesetimbangan reaksi C. memperkecil penggunaan energi aktivasi



Metabolisme 1



6



D. di akhir reaksi berubah menjadi senyawa lain E. memiliki kisaran pH tertentu Jawaban: D Penjelasan: Perhatikan gambar kerja enzim berikut ini. Sisi aktif



Enzim



Substrat



Kompleks Enzim Substrat



Enzim



Produk



Enzim adalah suatu biokatalisator di dalam tubuh organisme. Dalam bekerja, enzim tidak memengaruhi arah dan kesetimbangan reaksi, dan di akhir reaksi akan dibentuk kembali.



D. Faktor-Faktor yang Memengaruhi Kerja Enzim Kerja enzim dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor-faktor tersebut di antaranya sebagai berikut.



1. Suhu Suhu sangat memengaruhi kerja enzim. Hal ini disebabkan enzim tersusun dari molekul-molekul protein, sehingga sifat enzim sama dengan sifat protein. Pada suhu yang sangat rendah, enzim tidak aktif. Akan tetapi, pada suhu yang sangat tinggi, enzim akan mengalami denaturasi (kerusakan). Enzim pada tubuh manusia bekerja optimum pada suhu antara 37°C – 40°C. Pada hewan-hewan yang hidup di daerah kutub, enzim dapat bekerja optimum pada suhu yang lebih rendah. Sebaliknya, pada hewan-hewan yang hidup di daerah gurun, kisaran suhu optimumnya bisa lebih tinggi. Pada tumbuhan, enzim bekerja optimum pada suhu sekitar 25°C. Jika suhu dinaikkan terus, kerja enzim akan meningkat. Akan tetapi, pada suhu antara 60°C – 70°C, kerja enzim akan menurun dan kemudian berhenti karena mengalami denaturasi. Hubungan antara suhu (T) dan kecepatan kerja enzim (v) dapat digambarkan dalam grafik berikut.



Metabolisme 1



7



Semakin tinggi suhu, semakin cepat kerja enzim. Akan tetapi, setelah mencapai suhu tertinggi yang bisa ditolerir, peningkatan suhu akan menurunkan kerja enzim.



v



T



Gambar 5. Hubungan antara suhu dan kecepatan kerja enzim



2. Derajat Keasaman (pH) Setiap enzim membutuhkan pH tertentu. Jika enzim ditempatkan pada pH yang sesuai, kerja enzim akan optimal. Akan tetapi, jika enzim berada pada pH yang tidak sesuai, kerja enzim akan menurun atau mengalami kerusakan. Sebagai contoh, enzim pepsin yang terletak di lambung akan bekerja secara optimal pada pH rendah atau asam. Jika enzim ini dimasukkan ke dalam lingkungan yang netral atau basa, kerjanya tidak akan optimal atau bahkan mengalami kerusakan. Hubungan antara pH dan kecepatan kerja enzim (v) dapat digambarkan dalam grafik berikut.



v



pH



Semakin tinggi pH, semakin cepat kerja enzim. Akan tetapi, setelah mencapai pH tertinggi yang bisa ditolerir, peningkatan pH akan menurunkan kerja enzim.



Gambar 6. Hubungan antara pH dan kecepatan kerja enzim



Berikut ini adalah tabel pH optimum untuk beberapa enzim. No.



Nama Enzim



pH Optimum



1.



Amilase saliva (ptialin)



7,0 – 8,0



2.



Pepsin



1,5 – 1,6



3.



Lipase lambung



4,0 – 5,0



4.



Tripsin



7,8 – 8,7



5.



Amilase pankreas



6,7 – 7,0



6.



Lipase pankreas



8,0



7.



Katalase



7,0



8.



Maltase



6,1 – 6,8



Metabolisme 1



8



3. Konsentrasi Substrat Konsentrasi substrat akan memengaruhi kerja enzim. Jika konsentrasi substrat rendah, kerja enzim juga rendah. Jika konsentrasi substrat ditambah, kerja enzim akan meningkat. Namun, jika konsentrasi substrat terus ditambah hingga mencapai kecepatan maksimum, kerja enzim tidak akan mengalami penurunan atau peningkatan, melainkan konstan. Hubungan antara konsentrasi substrat dan kecepatan kerja enzim (v) dapat digambarkan dalam grafik berikut. Jika konsentrasi substrat ditambah, kerja enzim akan meningkat. Akan tetapi, setelah mencapai kecepatan maksimum pada konsentrasi tertentu, penambahan konsentrasi substrat tidak akan menaikkan atau menurunkan kerja enzim, melainkan konstan.



v vmax



Konsentrasi substrat Gambar 7. Hubungan antara konsentrasi substrat dan kecepatan kerja enzim



4. Konsentrasi Enzim Konsentrasi enzim akan memengaruhi kecepatan kerja enzim. Jika konsentrasi enzim tinggi, sedangkan konsentrasi substrat rendah, kerja enzim akan lebih cepat. Sampai batas tertentu, semakin tinggi konsentrasi enzim, semakin cepat kerja enzim. Hubungan antara konsentrasi enzim dan kecepatan kerja enzim (v) dapat digambarkan dalam grafik berikut. v



Sampai batas tertentu, semakin tinggi konsentrasi enzim, semakin cepat kerja enzim. Konsentrasi enzim Gambar 8. Hubungan antara konsentrasi enzim dan kecepatan kerja enzim



5. Zat Inhibitor dan Aktivator a. Zat Inhibitor Zat inhibitor adalah zat yang dapat menghambat kerja enzim. Ada dua macam zat inhibitor, yaitu sebagai berikut.



Metabolisme 1



9



1.) Inhibitor kompetitif Inhibitor kompetitif adalah inhibitor yang dapat menempati sisi aktif enzim, seperti halnya substrat. Oleh karena itu, akan terjadi kompetisi antara substrat dan inhibitor tersebut. Jika enzim telah berikatan dengan inhibitor, enzim tidak dapat lagi berikatan dengan substratnya. Contohnya adalah enzim suksinat dehidrogenase yang memiliki substrat oseli suksinat. Ada dua inhibitor yang dapat berikatan dengan enzim tersebut, yaitu malonat dan oksalosuksinat. Cara kerja inhibitor kompetitif dapat dilihat pada gambar berikut.



Gambar 9. Cara kerja inhibitor kompetitif



2.) Inhibitor nonkompetitif Inhibitor nonkompetitif adalah inhibitor yang dapat berikatan dengan enzim pada sisi selain sisi aktif enzim. Adanya inhibitor nonkompetitif ini menyebabkan terjadinya perubahan bentuk pada sisi aktif, sehingga enzim tidak dapat lagi berikatan dengan substratnya. Contohnya adalah logamlogam berat seperti Hg2+, Ag+, atau Pb2+. Cara kerja inhibitor nonkompetitif dapat dilihat pada gambar berikut.



Gambar 10. Cara kerja inhibitor nonkompetitif



b. Zat Aktivator Zat aktivator adalah senyawa, unsur, atau ion yang dapat mempercepat kerja enzim. Sebagian besar zat aktivator adalah ion-ion anorganik. Sebagai contoh, enzim deoksiribonuklease dapat diaktivasi dengan baik oleh ion-ion Mg2+, Fe2+, Mn2+, dan Co2+, serta enzim ptialin yang dapat diaktivasi dengan baik oleh ion Cl-. Metabolisme 1



10



Beberapa enzim juga dapat berperan sebagai aktivator bagi zimogen (enzim yang belum aktif). Contohnya adalah asam lambung (HCl) yang dapat mengaktifkan pepsinogen menjadi pepsin atau enzim enterokinase yang dapat mengaktifkan tripsinogen menjadi tripsin. Contoh Soal 5 Jika suatu enzim bertemu dengan inhibitor nonkompetitif, hal yang akan terjadi adalah .... A. sisi aktif enzim tetap berfungsi baik B. sisi aktif enzim berubah, tetapi masih dapat berikatan dengan substratnya C. sisi aktif enzim berubah, dan enzim kehilangan fungsinya D. sisi aktif enzim tetap, tetapi kerjanya menurun E. sisi aktif enzim tetap, dan kerjanya menjadi lebih baik Jawaban: C Penjelasan: Inhibitor nonkompetitif akan berikatan dengan sisi selain sisi aktif enzim. Adanya inhibitor nonkompetitif ini menyebabkan terjadinya perubahan bentuk pada sisi aktif, sehingga enzim tidak dapat lagi berikatan dengan substratnya. Contoh inhibitor nonkompetitif adalah logam berat seperti Hg2+.



E. Nomenklatur dan Klasifikasi Enzim Nomenklatur merupakan cara penamaan. Secara umum, cara penamaan enzim disesuaikan dengan nama substratnya, yaitu nama substrat ditambah akhiran –ase. Sebagai contoh, enzim pengurai amilum menjadi maltose diberi nama maltase. Namun, ada beberapa enzim yang diberi nama tanpa akhiran –ase, seperti pepsin, tripsin, dan renin. Untuk enzim pengurai lemak disebut lipase, karena nama lain untuk lemak adalah lipid. Enzim dapat dikelompokkan menjadi beberapa golongan berdasarkan aspek penggolongannya. Berikut ini adalah tabel penggolongan enzim beserta fungsinya. Tabel Penggolongan Enzim Beserta Fungsinya No. 1.



Aspek Penggolongan Tempat bekerja



Nama Enzim



Fungsi



Contoh



Endoenzim



Bekerja di dalam sel



Peroksidase



Eksoenzim



Bekerja di luar sel



Amilase



Metabolisme 1



11



No. 2.



Aspek Penggolongan Cara bekerja



Nama Enzim Oksidoreduktase



Fungsi Transfer elektron



Contoh Alkohol dehidrogenase, Katalase



Transferase



Transfer gugus



Heksokinase



fungsi Hidrolase



Reaksi hidrolisis



Tripsin



Liase



Pemutusan ikatan



Piruvat



C-C, C-O, C-N, dan



dekarboksilase



membentuk ikatan rangkap Isomerase



Memindahkan



Maleat



gugus di dalam



isomerase



molekul dan membentuk isomer Ligase



3.



Jenis senyawa yang diuraikan



Karbohidrase



Pembentukan



Piruvat



ikatan



dekarboksilase



Pencernaan



Sukrase,



karbohidrat



maltase, dan amilase



Protease



Pencernaan protein



Pepsin, renin, tripsin, dan enterokinase



Esterase



Penguraian



Lipase dan



senyawa-senyawa



fosfatase



ester 4.



Proses metabolisme



Katalase



Mengubah hidrogen peroksida menjadi H2O dan O2



Oksidase



Mempercepat penggabungan O2 pada substrat atau reduksi O2



Metabolisme 1



12



No.



Aspek Penggolongan



Nama Enzim Karboksilase



Fungsi



Contoh



Mengubah asam



Piruvat



organik secara



karboksilase



bolak-balik Desmolase



Pemindahan atau



Aldolase



penggabungan ikatan karbon Peroksidase



Membantu oksidasi senyawa fenolat, dan oksigen yang digunakan diambil dari H2O2



Hidrase



Menambah atau mengurangi air dari senyawa tertentu



Dehidrogenase



Memindahkan hidrogen dari suatu zat ke zat lain



Transfosforilase



Memindahkan H3PO4 dari satu molekul ke molekul lainnya yang dibantu oleh ion Mg2+



F. Katabolisme Proses katabolisme dapat diamati pada respirasi intraseluler. Ada dua macam respirasi intraseluler, yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob.



1. Respirasi Aerob Respirasi aerob adalah proses respirasi yang membutuhkan oksigen bebas. Ada empat proses biokimia dalam respirasi aerob, yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus Krebs, dan transpor elektron.



Metabolisme 1



13



a. Glikolisis Glikolisis merupakan proses awal dari respirasi aerob maupun anaerob. Di dalam glikolisis terjadi proses pemecahan glukosa menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana. Proses ini berlangsung di dalam sitosol atau sitoplasma. Setiap molekul glukosa yang mengalami proses glikolisis akan menghasilkan senyawasenyawa yang terdiri dari 2 molekul ATP, 2 molekul asam piruvat, dan 2 molekul NADH (Nicotinamide Adenin Dinukleotida H). Proses glikolisis dapat digambarkan sebagai berikut. Glukosa (6C) Glukosa, 6P (6C) Fruktosa, 6P (6C) Fruktosa, 1,6 bifosfat (6C) Dihidroksiaseton fosfat (3C) NAD NADH



Pi



1,3-bifosfogliserat (3C) ADP



Pi



NAD NADH



1,3-bifosfogliserat (3C)



ATP



3-fosfogliserat (3C) H2O 2-fosfogliserat (3C) ADP



Gliseraldehid 3P/PGAL (3C)



ATP



ATP



ADP



3-fosfogliserat (3C) H 2O 2-fosfogliserat (3C) ATP



ADP



Fosfoenolpiruvat (3C)



Fosfoenolpiruvat (3C)



Asam piruvat (3C)



Asam piruvat (3C) Gambar 11. Proses glikolisis



Metabolisme 1



14



Urutan dari proses glikolisis tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. 1.) Glukosa diubah menjadi glukosa, 6-fosfat. Tahap ini membutuhkan ATP sebagai sumber energi. ATP akan dipecah menjadi ADP. 2.) Glukosa, 6-fosfat diubah menjadi fruktosa, 6-fosfat. 3.) Fruktosa, 6-fosfat diubah menjadi fruktosa, 1,6-bifosfat dengan menggunakan 4.) ATP sebagai sumber energi. ATP akan dipecah menjadi ADP. 5.) Fruktosa, 1,6-bifosfat (6 atom C) dipecah menjadi 1 molekul gliseraldehid 3-fosfat atau PGAL (3 atom C) dan 1 molekul dihidroksiaseton fosfat atau DHAP (3 atom C). Molekul DHAP ini kemudian diubah menjadi senyawa PGAL, sehingga terbentuk 2 molekul PGAL. 5.) Setiap PGAL diubah menjadi senyawa 1,3-bifosfogliserat dengan cara mengikat Pi (fosfat anorganik). Dalam reaksi ini, dibentuk molekul NADH. 6.) 1,3-bifosfogliserat diubah menjadi 3-fosfogliserat disertai pembentukan ATP. 7.) 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat. 8.) 2-fosfogliserat diubah menjadi senyawa fosfoenolpiruvat (PEP). 9.) Fosfoenolpiruvat diubah menjadi asam piruvat disertai pembentukan ATP. ATP yang diperoleh dari proses glikolisis akan digunakan untuk melakukan transpor aktif dari sitosol kedalam mitokondria. Sementara itu, 2 molekul NADH yang diperoleh akan ditransfer ke transpor elektron. Secara sederhana, reaksi glikolisis dapat dituliskan sebagai berikut. Glukosa + 2 ATP



2 Asam piruvat + 2 NADH + 2 ATP



Contoh Soal 6 Peristiwa yang terjadi pada proses glikolisis adalah .... A. pemecahan glukosa menjadi PGAL B. pemecahan glukosa menjadi asam laktat C. pemecahan glukosa menjadi asam piruvat D. pemecahan glukosa menjadi alkohol E. pemecahan glukosa menjadi CO2 dan H2O Jawaban: C



Metabolisme 1



15



Penjelasan: Glikolisis adalah tahapan awal dalam proses katabolisme, baik pada respirasi aerob maupun anaerob. Dalam proses ini, 1 molekul glukosa akan dipecah menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 senyawa NADH, dan 2 ATP.



Contoh Soal 7 Asam piruvat terbentuk baik pada respirasi aerob maupun anaerob. Pada reaksi aerob, asam piruvat akan .... A. dijadikan asam laktat B. disintesis menjadi molekul yang lebih besar C. masuk ke dalam siklus asam trikarboksilat (daur Krebs) D. berubah menjadi etil alkohol E. berubah menjadi asetaldehid Jawaban: C Penjelasan: Asam piruvat adalah senyawa yang terbentuk dari proses glikolisis. Jika terdapat oksigen yang cukup (reaksi aerob), asam piruvat akan diubah menjadi senyawa asetil koA dan masuk ke dalam siklus asam trikarboksilat (siklus Krebs). Namun, jika tidak tersedia oksigen (reaksi anaerob), asam piruvat akan diubah menjadi alkohol atau asam laktat dalam proses fermentasi. b. Dekarboksilasi Oksidatif dan Siklus Krebs Asam piruvat yang masuk ke dalam mitokondria akan diubah menjadi senyawa asetil koenzim A atau asetil koA melalui proses dekarboksilasi oksidatif. Selain itu, akan dihasilkan juga molekul CO2 dan NADH dari proses tersebut. Satu molekul asam piruvat akan menghasilkan 1 molekul asetil koA, 1 molekul CO2, dan 1 molekul NADH. Oleh karena asam piruvat yang diperoleh dari reaksi sebelumnya berjumlah dua molekul, maka terjadi dua kali reaksi dekarboksilasi oksidatif. Akibatnya, hasil yang diperoleh juga menjadi dua kali lipat. Proses dekarboksilasi oksidatif dapat digambarkan sebagai berikut. NAD +



NADH



Asam piruvat



koA CO2



Koenzim A



Gambar 12. Proses dekarboksilasi oksidatif



Metabolisme 1



16



Urutan proses dekarboksilasi oksidatif tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. 1.) Asam piruvat melepaskan gugus karboksilat (COO–) yang kemudian diubah menjadi CO2. 2.) Sisa atom C dalam bentuk CH3COO– akan mentransfer kelebihan elektronnya pada molekul NAD+, sehingga terbentuk NADH. Sementara itu, CH3COO– berubah menjadi asetat. 3.) Koenzim A akan berikatan dengan asetat membentuk asetil koenzim A atau asetil koA. Secara sederhana, reaksi dekarboksilasi oksidatif dapat dituliskan sebagai berikut. 2 Asam piruvat + 2 Koenzim A



2 Asetil koA + 2 CO2 + 2 NADH



Asetil koA merupakan senyawa yang diperlukan untuk berlangsungnya siklus Krebs. Siklus ini juga berlangsung di dalam matriks mitokondria. Oleh karena asetil koA yang bereaksi ada dua molekul, maka siklus Krebs akan berlangsung dua kali. Dari dua kali siklus Krebs ini akan diperoleh hasil berupa 2 molekul ATP, 6 molekul NADH, 2 molekul FADH2, dan 4 molekul CO2. Proses siklus Krebs dapat digambarkan sebagai berikut.



Asetil koA(2C) Asam oksaloasetat (4C)



Asam sitrat (6C)



Asam malat (4C)



Asam isositrat (6C)



Asam fumarat (4C)



Asam aketoglutarat (5C) FAD FADH2



NAD+



KoA CO2



Asam suksinat (4C)



NADH Suksinil koA (4C)



GTP



ADP



GDP + P



ATP



Gambar 13. Proses siklus Krebs



Metabolisme 1



17



Urutan proses siklus Krebs tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. 1.) Asetil koA (2 atom C) berikatan dengan asam oksaloasetat (4 atom C) membentuk asam sitrat (6 atom C). 2.) Asam sitrat kemudian diubah menjadi asam isositrat. 3.) Asam isositrat (6 atom C) diubah menjadi asam a-ketoglutarat (5 atom C). Dalam reaksi ini dilepaskan CO2 dan dibentuk NADH. 4.) Asam a-ketoglutarat (5 atom C) diubah menjadi suksinil koA (4 atom C). Dalam reaksi ini juga dilepaskan CO2 dan dibentuk NADH. 5.) Suksinil koA selanjutnya akan diubah menjadi asam suksinat (4 atom C). Dalam reaksi ini dihasilkan GTP yang kemudian berubah menjadi ATP. 6.) Asam suksinat diubah menjadi asam fumarat (4 atom C), dan menghasilkan senyawa FADH2. 7.) Asam fumarat diubah menjadi asam malat (4 atom C) yang dilakukan dengan penambahan air. 8.) Asam malat diubah menjadi asam oksaloasetat kembali, dan menghasilkan senyawa NADH. Secara sederhana, reaksi siklus Krebs dapat dituliskan sebagai berikut. 2 Asetil koA + 2 Asam oksaloasetat



6 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP + 4 CO2



Contoh Soal 8 Pada proses dekarboksilasi oksidatif, CO2 yang dihasilkan berasal dari .... A. asetil koenzim A B. gugus karboksilat asam piruvat C. senyawa asetat D. asetaldehid E. fosfogliseraldehid Jawaban: B Penjelasan: Pada proses dekarboksilasi oksidatif, asam piruvat akan melepaskan gugus karboksilatnya yang kemudian diubah menjadi CO2. Jadi, CO2 yang dihasilkan pada proses dekarboksilasi oksidatif berasal dari gugus karboksilat asam piruvat. Metabolisme 1



18



Contoh Soal 9 Senyawa yang hanya dihasilkan dalam siklus Krebs adalah .... A. NADH B. ATP C. CO2 D. asetil koA E. FADH2 Jawaban: B Penjelasan: Senyawa yang hanya dihasilkan dalam siklus Krebs adalah FADH2. Senyawa ini terbentuk saat proses pengubahan asam suksinat menjadi asam fumarat. c. Transpor Elektron Transpor elektron merupakan tahap akhir dari proses respirasi aerob. Dalam proses ini dihasilkan energi dalam bentuk ATP dengan jumlah yang paling banyak daripada reaksi-reaksi sebelumnya. Transpor elektron berlangsung di dalam krista (membran dalam) mitokondria, dan merupakan suatu proses reduksi-oksidasi dua senyawa. Senyawa tersebut adalah NADH dan FADH2 yang diperoleh dari reaksi sebelumnya. Dalam transpor elektron juga akan terlibat beberapa molekul seperti koenzim Q (ubikuinon), sitokrom B, sitokrom C, sitokrom A, sitokrom A3, dan oksigen. Proses transpor elektron dapat digambarkan sebagai berikut.



O–2



Fe+2



6



Fe+3



1 O 2 2



CYTa3



Fe+2 Fe+3



Fe+3



CYTc



CYTa



Fe+3



ADP + P



Fe+2



KoQ KoQH2



CYTb



FADH + H+



NADH + H ADP + P



FAD



NAD+



AH2 A



Hasil samping daur Krebs



ADP + P



Fe+2



2H+



ATP



ATP



ATP



2H+ H2O



Gambar 14. Proses transpor elektron



Metabolisme 1



19



Urutan proses transpor elektron dapat dijelaskan sebagai berikut. 1.) NADH mengalami oksidasi, sehingga dihasilkan elektron berenergi tinggi yang akan ditransfer ke koenzim Q. Energi yang cukup tinggi dari elektron ini memungkinkan bersatunya ADP dan fosfat anorganik membentuk ATP. 2.) Koenzim Q akan dioksidasi oleh sitokrom B. Pada tahap ini, koenzim Q akan melepas elektron dan 2 ion H+. 3.) Sitokrom B akan dioksidasi oleh sitokrom C. Pada tahap ini juga dihasilkan energi yang cukup tinggi, sehingga terjadi penyatuan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. 4.) Sitokrom C akan mereduksi sitokrom A. 5.) Sitokrom A akan mengoksidasi sitokrom A3. Pada tahap ini juga terjadi penyatuan ADP dan fosfat organik menjadi ATP. 6.) Sitokrom A3 akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen. Setelah menerima elektron dari sitokrom A, oksigen akan bergabung dengan ion H+ (hasil dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom B), sehingga terbentuk molekul H2O. Oksigen di sini berperan sebagai akseptor terakhir ion H+. 7.) Dari proses transpor elektron yang diawali dengan oksidasi NADH, akan diperoleh 3 ATP dan 1 H2O. 8.) Hal yang sama juga terjadi pada FADH2. Bedanya, energi yang dihasilkan saat oksidasi FADH2 tidak cukup tinggi untuk membentuk ATP. Oleh sebab itu, proses transpor elektron yang berawal dari oksidasi FADH2 hanya memperoleh 2 ATP dan 1 H2O. Secara sederhana, pembentukan ATP dari NADH dan FADH2 dapat dituliskan sebagai berikut. Oksidasi 1 NADH akan menghasilkan 3 ATP Oksidasi 1 FADH2 akan menghasilkan 2 ATP Jika jumlah total NADH yang diperoleh mulai dari glikolisis sampai siklus Krebs adalah 10 molekul dan FADH2 2 molekul, pada transpor elektron akan diperoleh hasil sebagai berikut.



10 NADH + 5O2 2 FADH2 + O2



10 NAD+ + 10 H2O + 30 ATP 2 FAD+ + 2 H2O + 4 ATP



Metabolisme 1



20



Jadi, dalam proses transpor elektron akan dihasilkan 34 ATP dan 12 H2O. Dari hasil tersebut, dapat dikatakan bahwa transpor elektron merupakan penyumbang ATP terbanyak dalam proses respirasi aerob. Dengan menjumlahkan seluruh ATP yang dihasilkan dari respirasi aerob ini, yaitu 2 ATP dari glikolisis, 2 ATP dari siklus Krebs, dan 34 ATP dari transpor elektron, total ATP yang diperoleh adalah 38 ATP. Namun, karena 2 ATP yang berasal glikolisis telah digunakan untuk proses transpor aktif dari sitosol ke mitokondria, maka hasil bersih respirasi aerob dari 1 molekul glukosa adalah 36 ATP dan 12 H2O. Berikut ini adalah tabel jumlah ATP yang diperoleh selama berlangsungnya proses respirasi aerob. Tabel Jumlah ATP yang Diperoleh Selama Berlangsungnya Proses Respirasi Aerob



Reaksi



Glikolisis



Jumlah 2 ATP (langsung digunakan untuk transpor aktif) -



Dekarboksilasi oksidatif Siklus Krebs



2 ATP



Transpor elektron



34 ATP



TOTAL



36 ATP



Contoh Soal 10 Senyawa-senyawa yang digunakan dalam tahapan transpor elektron pada proses respirasi sel sehingga dihasilkan ATP dan H2O adalah .... A. asam piruvat B. NADH dan FADH2 C. asetil koA D. PGAL E. asam sitrat Jawaban: B



Metabolisme 1



21



Penjelasan: Perhatikan gambar proses transpor elektron berikut ini.



O–2



Fe+2



6



1 O 2 2



CYTa3 Fe+3



CYTa Fe+3



CYTc Fe+2



Fe+3



ADP + P



Fe+2



ADP + P



Fe+3



KoQ KoQH2



CYTb



FADH + H+



NADH + H



A



FAD



NAD+



AH2 Hasil samping daur Krebs



ADP + P



Fe+2



2H+



ATP



ATP



2H+



ATP



H2O



Pada proses transpor elektron, dibutuhkan senyawa NADH dan FADH2. Keduanya akan melepaskan ion H+ dan elektron dalam reaksi tersebut. Pada setiap oksidasi, 1 molekul NADH akan menghasilkan 3 molekul ATP dan 1 molekul FADH2 akan menghasilkan 2 molekul ATP. Jadi, senyawa-senyawa yang digunakan dalam tahapan transpor elektron adalah NADH dan FADH2.



Contoh Soal 11 Pada proses oksidasi FADH2 tidak terbentuk ATP. Hal ini terjadi karena .... A. ketersediaan ADP hanya sedikit B. elektron yang dibutuhkan cukup besar C. energi yang diperoleh kecil D. ketersediaan fosfat anorganik sedikit E. oksidasi FADH2 hanya melepaskan ion H+ Jawaban: C Penjelasan: Pada proses oksidasi FADH2, energi yang diperoleh tidak cukup untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik, sehingga tidak terbentuk ATP. Hal ini berbeda dengan oksidasi NADH yang dapat menghasilkan ATP. Jadi, pada proses oksidasi FADH2 tidak terbentuk ATP karena energi yang diperoleh kecil.



Metabolisme 1



22



2. Respirasi Anaerob Respirasi anaerob adalah proses respirasi yang tidak memerlukan oksigen bebas. Proses ini disebut juga fermentasi. Respirasi anaerob dapat terjadi pada manusia dan hewan ketika tubuh sedang membutuhkan energi dengan cepat. Selain itu, respirasi anaerob juga dapat dilakukan oleh beberapa mikroorganisme seperti jamur dan bakteri. Persamaan antara respirasi anaerob dan respirasi aerob hanya terletak pada tahap glikolisis. Oleh karena pada respirasi anaerob tidak tersedia oksigen yang cukup, maka asam piruvat yang dihasilkan pada tahap glikolisis tidak diubah menjadi asetil koA. Akan tetapi, diubah menjadi senyawa lain melalui proses fermentasi. Ada dua macam fermentasi, yaitu fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat. a. Fermentasi Alkohol Fermentasi alkohol dilakukan oleh beberapa organisme tingkat rendah seperti jamur dan bakteri. Sebagai contoh, jamur ragi (Saccharomyces cerevisiae) dapat menfermentasi gula menjadi alkohol. Kemampuan jamur ini kemudian dimanfaatkan oleh manusia untuk membuat minuman beralkohol atau membuat roti sejak ribuan tahun yang lalu. Fermentasi alkohol dimulai dengan proses glikolisis seperti pada respirasi aerob. Dari proses ini akan dihasilkan 2 asam piruvat, 2 ATP, dan 2 NADH. Proses selanjutnya dapat dilihat pada gambar berikut. ATP



Glukosa (6C)



Glikolisis



NADH 2 Etanol (2C)



ADP



2 Asam piruvat (3C)



NAD+



CO2 2 Asetaldehid (2C)



Gambar 15. Proses fermentasi alkohol



Urutan proses fermentasi alkohol tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. 1.) Glukosa mengalami proses glikolisis, sehingga dihasilkan 2 asam piruvat, 2 ATP, dan 2 NADH. 2.) Asam piruvat diubah menjadi asetaldehid dengan melepas CO2.



Metabolisme 1



23



3.) NADH melepaskan elektron dan ion H+ menjadi NAD+. Elektron dan ion H+akan bergabung dengan asetaldehid membentuk alkohol. 4.) NAD+ akan digunakan kembali pada proses glikolisis. 5.) Hasil akhir dari fermentasi alkohol adalah 2 etanol, 2 ATP, dan 2 CO2. Fermentasi alkohol dapat merugikan organisme yang melakukannya. Hal ini disebabkan karena alkohol yang dihasilkan dapat membunuh organisme tersebut. Selain itu, dari perolehan energi juga sangat sedikit, hanya berupa ATP yang diperoleh dari proses glikolisis. b. Fermentasi Asam Laktat Fermentasi asam laktat terjadi di dalam sel-sel otot manusia. Fermentasi ini biasa terjadi saat otot membutuhkan pasokan energi dalam waktu yang cepat, yaitu saat melakukan kontraksi. Terbentuknya asam laktat di dalam otot dapat menimbulkan kelelahan otot. Oleh sebab itu, asam laktat disebut juga asam lelah. Asam laktat yang terbentuk di dalam otot akan dibawa ke hati untuk diubah kembali menjadi asam piruvat. Selain pada manusia, fermentasi asam laktat juga dapat dilakukan oleh bakteri asam laktat, misalnya Lactobacillus. Bakteri Lactobacillus dapat menfermentasi susu menjadi keju atau yoghurt. Kemampuan bakteri ini juga telah dimanfaatkan manusia dalam industri pengolahan susu menjadi produk-produk fermentasi yang bermanfaat. Fermentasi asam laktat juga dimulai dari proses glikolisis yang menghasilkan 2 asam piruvat, 2 ATP, dan 2 NADH. Proses selanjutnya dapat dilihat pada gambar berikut. ATP



Glukosa (6C)



ADP



Glikolisis



NADH



2 Asam piruvat (3C)



NAD+



2 Asam laktat (3C) Gambar 16. Proses fermentasi asam laktat



Metabolisme 1



24



Urutan proses fermentasi asam laktat tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. 1.) Glukosa mengalami glikolisis, sehingga dihasilkan 2 asam piruvat, 2 ATP, dan 2 NADH. 2.) Asam piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi asam laktat, tanpa membebaskan CO2. 3.) NAD+ yang terbentuk akan digunakan kembali dalam proses glikolisis. 4.) Hasil akhir dari proses fermentasi asam laktat adalah 2 ATP dan 2 asam laktat.



Contoh Soal 13 Persamaan antara fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat adalah sebagai berikut, kecuali .... A. tidak menghasilkan molekul air B. menghasilkan 2 molekul ATP C. tidak memerlukan oksigen bebas D. hanya melewati tahap glikolisis E. menghasilkan karbon dioksida Jawaban: E Penjelasan: Fermentasi alkohol menghasilkan 2 etanol, 2 ATP, dan 2 CO2. Sementara fermentasi asam laktat menghasilkan 2 ATP dan 2 asam laktat. Dengan demikian, yang bukan persamaan antara fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat adalah menghasilkan karbon dioksida.



SUPER "Solusi Quipper" GULA DAN BUAH PIR DIMAKAN ASEP DAN UCOK BERSAMA ENO (glukosa → asam piruvat → asetaldehid dan CO2 → etanol) GULA DAN BUAH PIR DIMAKAN DENGAN LAKSA (glukosa → asam piruvat → asam laktat)



Metabolisme 1



25



Contoh Soal 13 Saat melakukan proses respirasi anaerob, sel-sel ragi akan menghasilkan zat-zat berikut ini, kecuali .... A. karbon dioksida B. air C. asetaldehid D. etanol E. ATP Jawaban: B Penjelasan: Tahapan transpor elektron tidak terjadi pada respirasi anaerob. Transpor elektron merupakan tahapan yang dapat menghasilkan molekul air. Dengan demikian, zat yang tidak dihasilkan oleh sel-sel ragi saat melakukan proses respirasi anaerob adalah air.



Metabolisme 1



26



Kurikulum 2013 Revisi



Kelas XII



B I O LO G I



Metabolisme 2 Tujuan Pembelajaran



Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami pengertian dan jenis-jenis anabolisme. 2. Memahami tahap-tahap fotosintesis pada berbagai tumbuhan. 3. Memahami kemosintesis dan jenis-jenisnya. 4. Memahami faktor-faktor yang memengaruhi proses katabolisme dan anabolisme. 5. Memahami keterkaitan antara proses katabolisme dan anabolisme. 6. Memahami keterkaitan metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak.



A. Pengantar Anabolisme Anabolisme adalah proses penyusunan/sintesis senyawa-senyawa anorganik (senyawa sederhana, misalnya CO2 dan H2O) menjadi senyawa-senyawa organik (senyawa kompleks, misalnya karbohidrat, protein, dan lemak). Senyawa-senyawa organik hasil proses anabolisme inilah yang akan digunakan sebagai bahan dasar pada proses katabolisme. Proses anabolisme membutuhkan energi. Berdasarkan energi yang digunakan, ada dua macam proses anabolisme, yaitu fotosintesis dan kemosintesis. Fotosintensis adalah proses pengubahan senyawa anorganik oleh klorofil menjadi senyawa organik dengan bantuan cahaya. Oleh karena itu, fotosintesis hanya dapat dilakukan oleh organisme yang memiliki klorofil, seperti alga dan tumbuhan tingkat tinggi. Klorofil atau pigmen hijau daun terdapat di dalam suatu organel yang disebut kloroplas. Akan tetapi, pada kelompok Cyanobacteria, klorofil terdapat di dalam lembar tilakoid.



Ada dua tahap reaksi di dalam fotosintesis, yaitu reaksi terang dan reaksi gelap. 1. Reaksi terang Reaksi terang adalah reaksi yang membutuhkan cahaya matahari langsung sebagai sumber energi. 2. Reaksi gelap Reaksi gelap adalah reaksi yang tidak membutuhkan cahaya matahari langsung sebagai sumber energi. Akan tetapi, sumber energinya berupa ATP yang diperoleh dari reaksi terang. Oleh karena itu, reaksi gelap tidak akan berlangsung jika tidak ada reaksi terang. Berikut ini adalah gambar struktur kloroplas yang menjadi tempat berlangsungnya proses fotosintesis.



Membran luar



Membran dalam



Granum



Lumen



Stroma



Tilakoid



Gambar 1. Struktur kloroplas



B. Fotosintesis: Reaksi Terang Reaksi terang adalah reaksi yang membutuhkan cahaya matahari langsung sebagai sumber energi. Reaksi ini berlangsung di dalam kantong-kantong tilakoid yang terdapat di dalam kloroplas. Kumpulan beberapa tilakoid disebut granum (jamak = grana). Selain cahaya matahari, reaksi terang juga membutuhkan pigmen fotosintesis dan air. Pada reaksi terang, dihasilkan ATP, NADPH, dan O2. ATP dan NADPH akan digunakan dalam reaksi gelap, sedangkan O2 akan dibebaskan ke udara. Tidak semua spektrum warna dapat digunakan untuk fotosintesis. Spektrum yang efektif digunakan untuk fotosintesis adalah spektrum merah dan biru. Sprektrum merah dan biru ini sesuai dengan serapan pigmen fotosintesis. Pigmen fotosintesis terdiri atas klorofil a dan klorofil b. Kedua klorofil tersebut dapat membentuk kelompok-kelompok yang disebut fotosistem. Ada dua macam fotosistem, yaitu sebagai berikut.



Metabolisme 2



2



Fotosistem I Fotosistem I terdiri atas klorofil a dan klorofil b dengan perbandingan 12 : 1. Fotosistem ini dapat menangkap gelombang cahaya dengan panjang gelombang 700 nm, sehingga disebut P700. Fotosistem II Fotosistem II terdiri atas klorofil a dan klorofil b dengan perbandingan 1 : 2. Fotosistem ini dapat menangkap gelombang cahaya dengan panjang gelombang 680 nm, sehingga disebut P680. Reaksi terang dibagi menjadi tiga tahapan, yaitu aktivasi klorofil, fotolisis air, serta sistem transpor elektron siklik dan nonsiklik. 1. Aktivasi Klorofil Aktivasi klorofil merupakan proses pelepasan elektron (eksitasi) dari klorofil, sehingga klorofil menjadi tidak stabil. Hal ini terjadi karena klorofil menangkap foton (cahaya matahari). 2. Fotolisis Air Fotolisis air merupakan proses pemecahan molekul air oleh elektron yang berasal dari fotosistem II. Dari proses fotolisis ini dihasilkan ion H+, elektron, dan O2 yang akan dilepas ke udara. 3. Sistem Transpor Elektron Siklik dan Nonsiklik Sistem transpor elektron siklik dan nonsiklik merupakan suatu rantai transpor elektron yang melibatkan fotosistem I dan fotosistem II. Pada kedua sistem transpor elektron ini akan dibentuk ATP dari ADP. Sistem transpor elektron siklik dan nonsiklik juga disebut sebagai proses fotofosforilasi siklik dan nonsiklik. a. Transpor Elektron Siklik (Fotofosforilasi Siklik) Pada transpor elektron siklik, elektron dari P700 diangkut melalui beberapa akseptor dan kembali lagi ke P700. Oleh karena itu, proses ini hanya membutuhkan fotosistem I. Hasil dari transpor elektron siklik ini adalah ATP. Tahap-tahap dalam transpor elektron siklik dapat dijelaskan sebagai berikut. 1.) Aktivasi klorofil, terjadi saat energi cahaya diterima oleh fotosistem I, sehingga elektron-elektron dari fotosistem I mengalami eksitasi. 2.) Transpor elektron, yaitu elektron dari P700 ditransfer ke akseptor elektron, kemudian kembali lagi ke P700. 3.) Pembentukan ATP, terjadi saat elektron dari akseptor elektron masuk ke dalam kompleks sitokrom. Masuknya elektron ke dalam kompleks sitokrom ini menyebabkan peningkatan energi yang dapat digunakan untuk mengubah ADP menjadi ATP.



Metabolisme 2



3



b. Transpor Elektron Nonsiklik (Fotofosforilasi Nonsiklik) Pada transpor elektron nonsiklik, elektron dari P680 diangkut melalui beberapa akseptor menuju P700, dan tidak kembali lagi. Oleh karena itu, proses ini membutuhkan fotosistem I dan II. Hasil dari transpor elektron nonsiklik adalah O2, ATP, dan NADPH. Tahap-tahap dalam transpor elektron nonsiklik dapat dijelaskan sebagai berikut. 1.) Aktivasi klorofil, terjadi saat energi cahaya diterima oleh fotosistem II, sehingga elektron-elektron dari fotosistem II tereksitasi. 2.) Fotolisis air, merupakan proses pemecahan molekul air oleh elektron dari fotosistem II, sehingga dihasilkan O2, ion H+, dan elektron. 3.) Transpor elektron, yaitu elektron dari P680 ditransfer melalui beberapa akseptor elektron menuju P700. 4.) Pembentukan ATP dan NADPH ATP terbentuk saat elektron dari akseptor elektron masuk ke dalam kompleks sitokrom, sedangkan NADPH terbentuk setelah elektron dari akseptor elektron diterima oleh senyawa NADP. Senyawa NADP akan mengikat ion H+ yang berasal dari fotolisis air. Berikut ini adalah gambar dari proses reaksi terang fotosintesis.



Penerima elektron



ATP ADP



Penerima elektron



NADP



e–



e–



Sit ok



e–



Siklis



e–



rom



NADPH



ADP



ATP Fotosistem II (P680) e– H2O



e– Fotosistem I (P700)



H+ O2 Gambar 2. Proses reaksi terang fotosintesis



Metabolisme 2



4



Urutan dari proses reaksi terang tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. 1.) Fotosistem II menangkap foton, sehingga elektronnya tereksitasi. Elektron dari fotosistem II selanjutnya akan memecah molekul air sehingga 2.) terbentuk ion H+, elektron, dan O2 yang akan dilepas ke udara bebas. 3.) Elektron dari hasil pemecahan air akan masuk ke dalam fotosistem II, kemudian diteruskan ke akseptor (penerima) elektron. 4.) Dari akseptor elektron, elektron diangkut menuju kompleks sitokrom. Pada saat melalui sitokrom, terjadi peningkatan energi, sehingga energi tersebut dapat digunakan untuk mengubah ADP menjadi ATP. 5.) Elektron dari sitokrom kemudian diangkut menuju fotosistem I. 6.) Dari fotosistem I, elektron akan diteruskan ke akseptor elektron berikutnya. 7.) Selanjutnya, elektron akan diterima oleh senyawa NADP. Masuknya elektron ini menyebabkan NADP dapat mengikat ion H+ yang diperoleh dari pemecahan air. Proses pengangkutan elektron ini disebut transpor elektron nonsiklik. 8.) Jika kebutuhan ATP kurang mencukupi, elektron dari fotosistem I akan diangkut ke akseptor elektron menuju ke kompleks sitokrom dan kembali ke fotosistem I. Proses ini disebut transpor elektron siklik. Berdasarkan penjelasan tersebut, dapat diketahui bahwa hasil akhir dari proses reaksi terang adalah sebagai berikut. NADPH, ATP, dan O2



SUPER "Solusi Quipper" Untuk mengingat hasil akhir dari reaksi terang, gunakan cara SUPER berikut. Siang hari Anak di Atas Pohon lompat ke atap untuk menghirup oksigen NADPH, ATP, O2



Metabolisme 2



5



Contoh Soal 1 Fotosistem yang diperlukan dalam proses fotosintesis merupakan .... A. kumpulan klorofil dalam tilakoid yang dapat menangkap cahaya pada panjang gelombang tertentu B. kumpulan klorofil dalam tilakoid yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik C. kumpulan klorofil dalam tilakoid yang dapat menyusun zat makanan berupa gula D. kumpulan klorofil dalam tilakoid yang dapat membentuk ATP E. kumpulan klorofil dalam tilakoid yang dapat membentuk oksigen Jawaban: A Penjelasan: Fotosistem adalah kumpulan klorofil yang terdiri atas klorofil a dan klorofil b dengan perbandingan tertentu. Fungsi dari fotosistem ini adalah untuk menangkap cahaya pada panjang gelombang tertentu. Ada dua macam fotosistem, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Fotosistem I yang memiliki perbandingan klorofil a dan b = 12 : 1 dapat menangkap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm. Sementara fotosistem II yang memiliki perbandingan klorofil a dan b = 1 : 2 dapat menangkap cahaya dengan panjang gelombang 680 nm. Jadi, fotosistem yang diperlukan dalam proses fotosintesis merupakan kumpulan klorofil dalam tilakoid yang dapat menangkap cahaya pada panjang gelombang tertentu.



Contoh Soal 2 Senyawa hasil reaksi terang yang dibutuhkan untuk reaksi gelap adalah .... A. ATP dan O2 B. ATP dan CO2 C. NADPH dan ATP D. NADPH dan O2 E. NADPH dan CO2 Jawaban: C



Metabolisme 2



6



Penjelasan: Pada reaksi terang, dihasilkan senyawa-senyawa ATP, NADPH, dan O2. Akan tetapi, yang digunakan untuk proses reaksi gelap hanya ATP dan NADPH. Jadi, senyawa hasil reaksi terang yang dibutuhkan untuk reaksi gelap adalah ATP dan NADPH.



C. Fotosintesis: Reaksi Gelap Reaksi gelap disebut juga dengan siklus Calvin. Reaksi gelap adalah reaksi fotosintesis yang tidak membutuhkan energi cahaya matahari secara langsung sebagai sumber energi. Akan tetapi, sumber energinya berupa ATP yang diperoleh dari reaksi terang. Meskipun tidak menggunakan energi cahaya matahari, reaksi gelap tetap berlangsung pada siang hari. Selain ATP, senyawa dari reaksi terang yang juga diperlukan untuk berlangsungnya reaksi gelap adalah NADPH. Pada reaksi gelap juga diperlukan adanya CO2. Reaksi gelap berlangsung di dalam stroma kloroplas. Hasil dari reaksi gelap adalah glukosa (C6H12O6). Reaksi gelap dibagi menjadi tiga tahapan, yaitu fiksasi CO2, reduksi senyawa PGA, dan regenerasi RuBP.



1. Fiksasi CO2 Pada tahap ini, terjadi pengikatan (fiksasi) karbon dioksida dengan senyawa ribulosa bifosfat (RuBP) oleh enzim rubisco. Akibatnya, akan terbentuk molekul dengan 6 atom karbon yang tidak stabil. Molekul ini kemudian pecah menjadi 12 molekul asam fosfogliserat (PGA).



2. Reduksi Senyawa PGA Pada tahap ini, senyawa PGA akan menerima fosfat dari ATP sehingga terbentuk senyawa 1,3 bifosfogliserat. Selanjutnya, senyawa 1,3 bifosfogliserat akan direduksi oleh NADPH menjadi senyawa fosfogliseraldehid-3P (PGAL). Dari tahapan ini, sebagian PGAL akan digunakan sebagai bahan dasar glukosa, dan sebagian lagi akan digunakan untuk membentuk RuBP.



3. Regenerasi RuBP Pada tahap ini, senyawa PGAL akan menerima fosfat dari ATP dan diubah kembali menjadi RuBP.



Metabolisme 2



7



Berikut ini adalah gambar dari proses reaksi gelap fotosintesis. 6 molekul



CO2 6 molekul



12 molekul



ribulosa 1,5-difosfat



3-asam fosfogliserat



6 ADP



12 ATP 6 ATP



6 molekul



ribulosa 5-fosfat



12 ADP 12 molekul



1,3-bifosfogliserat 12 NADPH



10 molekul



fosfogliseraldehid



12 molekul



fosfogliseraldehid



12 NADP+



2 molekul



fosfogliseraldehid 1 molekul



glukosa Gambar 3. Proses reaksi gelap fotosintesis



Urutan dari proses reaksi gelap tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. 1. 6 molekul CO2 difiksasi dengan 6 molekul RuBP oleh enzim rubisco, sehingga terbentuk 6 molekul dengan 6 atom C yang tidak stabil. Ke-6 molekul ini kemudian pecah menjadi 12 molekul 3-fosfogliserat (PGA). 2. Selanjutnya, 12 molekul PGA akan mendapatkan 12 gugus fosfat dari 12 ATP, sehingga terbentuk 12 molekul 1,3 bifosfogliserat. 3. 12 molekul 1,3 bifosfogliserat akan menerima ion H+ dari NADPH, sehingga tereduksi menjadi 12 molekul fosfogliseraldehid-3P (PGAL). 4. 10 molekul PGAL akan mengalami regenerasi menjadi RuBP kembali setelah menerima 6 gugus fosfat dari 6 ATP. 5. 2 molekul PGAL lainnya akan bergabung membentuk 1 molekul glukosa (C6H12O6). Berdasarkan penjelasan tersebut, dapat diketahui bahwa hasil akhir dari proses reaksi gelap adalah sebagai berikut. C6H12O6 (glukosa)



Metabolisme 2



8



Contoh Soal 3 Dalam reaksi gelap, urutan perubahan yang benar adalah .... A. RuBP → PGA → PGAL → glukosa B. PGA → PGAL → glukosa → RuBP C. PGAL → PGA → RuBP → glukosa D. Glukosa → PGA → PGAL → RuBP E. RuBP → PGA → glukosa → PGAL Jawaban: A Penjelasan: Proses pembentukan glukosa pada reaksi gelap dapat diurutkan sebagai berikut. RuBP memfiksasi CO2 menjadi senyawa PGA. Senyawa PGA direduksi menjadi senyawa PGAL oleh ATP dan NADPH. Sebagian senyawa PGAL akan disintesis menjadi glukosa. Jadi, urutan perubahan yang benar dalam reaksi gelap adalah RuBP → PGA → PGAL → glukosa.



Contoh Soal 4 Reaksi gelap pada fotosintesis dinamakan demikian karena .... A. tidak dapat berlangsung pada siang hari B. hanya berlangsung pada siang hari C. tidak memerlukan cahaya D. terjadi terutama pada malam hari E. proses yang belum dapat dijelaskan Jawaban: C Penjelasan: Reaksi gelap pada fotosintesis tetap berlangsung pada siang hari. Namun, reaksi ini tidak menggunakan energi cahaya secara langsung, melainkan menggunakan energi kimia berupa ATP dan senyawa NADPH. ATP dan senyawa NADPH ini dibentuk di dalam reaksi terang. Jadi, reaksi gelap pada fotosintesis dinamakan demikian karena tidak memerlukan cahaya.



Metabolisme 2



9



C. Tumbuhan C3, C4, dan CAM Berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi menjadi tiga kelompok besar, yaitu tumbuhan C3, C4, dan CAM (Crassulacean Acid Metabolism).



1. Tumbuhan C3 Tumbuhan C3 adalah tumbuhan yang membentuk molekul berkarbon 3, yaitu 3-fosfogliserat saat proses fiksasi CO2 di awal reaksi gelap. Jenis tumbuhan C3 dapat hidup baik pada lingkungan yang mengandung CO2 tinggi, dengan intensitas cahaya dan temperatur sedang, juga air tanah yang melimpah. Contoh tumbuhan C3 adalah gandum, kentang, kacang-kacangan, dan kapas. Pada tumbuhan C3, CO2 hanya difiksasi dengan RuBP oleh enzim rubisco di dalam sel-sel mesofil. Dalam kerjanya, enzim rubisco sering menyertakan molekul oksigen ke dalam RuBP sebagai pengganti karbon dioksida. Jika hal ini dilakukan, akan terjadi peristiwa fotorespirasi, yaitu proses pembongkaran karbohidrat untuk menghasilkan energi dan hasil samping. Fotorespirasi terjadi pada siang hari. Untuk menghambat terjadinya fotorespirasi, kadar CO2 di atmosfer harus ditingkatkan. Selain itu, fotorespirasi juga dapat terjadi saat panas terik sehingga mendorong stomata untuk menutup. Keadaan ini dapat menghalangi masuknya CO2 dari luar dan keluarnya O2 dari dalam. Proses fiksasi CO2 pada tumbuhan C3 sama dengan proses fiksasi pada reaksi gelap yang sudah diterangkan sebelumnya.



2. Tumbuhan C4 Tumbuhan C4 adalah tumbuhan yang membentuk molekul berkarbon 4, yaitu oksaloasetat. Oksaloasetat terbentuk setelah CO2 berikatan dengan PEP (fosfoenolpiruvat) dengan bantuan enzim PEP karboksilase di dalam sel-sel mesofil. Berbeda dengan rubisco, PEP karboksilase tidak dapat mengikat O2, sehingga tidak terjadi kompetisi antara O2 dan CO2. Tumbuhan C4 lebih adaptif terhadap lingkungan yang kering dan panas, dengan konsentrasi CO2 yang tidak terlalu tinggi. Contoh tumbuhan C4 adalah jagung, tebu, dan sorghum. Pada tumbuhan C4, proses fotosintesis berlangsung di dua tempat, yaitu sel-sel mesofil dan sel-sel sarung berkas pengangkut. Berikut ini adalah gambar proses fotosintesis pada tumbuhan C4.



Metabolisme 2



10



Pada sel-sel sarung berkas pengangkut



Pada mesofil daun CO2



OAA



6 CO2 CO2



PEP (3C)



Malat (4C)



SIKLUS HATCH-SLACK



6 ADP



Asam piruvat (3C)



12 Asam 3- fosfogliserat (3C)



Ribulosa bisosfat (3C)



12 ATP 12 ADP 12 Asam 1, 3bifosfogliserat (3C) 12 NADPH



SIKLUS CALVIN



6 ATP 10 Dihidroksiaseton fosfat (3C)



12 NADP+ 12 Gliseraldehid 3P (3C) 2 Gliseraldehid 3P (3C) 1 C6H12O6



Gambar 4. Proses fotosintesis pada tumbuhan C4



Urutan dari proses fotosintesis pada tumbuhan C4 tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. a. CO2 masuk ke dalam sel-sel mesofil dan berikatan dengan PEP dengan bantuan PEP karboksilase. Hasil dari ikatan ini adalah OAA (Oksaloasetat Acid) yang beratom 4C. b. Dengan bantuan NADPH, oksaloasetat diubah menjadi malat. c. Malat akan mengalami dekarboksilasi menjadi asam piruvat (3C) dengan melepas 1 molekul CO2. d. CO2 kemudian akan masuk ke dalam sel-sel sarung berkas pengangkut untuk memasuki siklus Calvin.



3. Tumbuhan CAM (Crassulacean Acid Metabolism) Kelompok tumbuhan CAM memiliki ciri khusus, yaitu mengikat CO2 pada malam hari dan menggunakannya pada siang hari. Tumbuhan ini hidup di daerah panas dan kering. Contohnya adalah kaktus, lili, dan anggrek. Pada tumbuhan CAM, pengikatan CO2 yang dibantu oleh PEP karboksilase akan membentuk oksaloasetat yang beratom 4C. Perbedaannya dengan tumbuhan C4 adalah waktu untuk melakukannya. Pada tumbuhan CAM, pengikatan CO2 terjadi pada malam hari saat stomata membuka. Oksaloasetat yang terbentuk akan diubah menjadi malat dan disimpan di dalam vakuola. Pada siang harinya, saat stomata menutup, malat akan mengalami dekarboksilasi membentuk asam piruvat dan CO2. Selanjutnya, CO2 akan masuk ke dalam siklus Calvin. Berikut ini adalah gambar proses fotosintesis pada tumbuhan CAM.



Metabolisme 2



11



Siklus Hatch-Slack (malam hari) Karbohidrat



Siklus Calvin (siang hari) Karbohidrat



CO2



F triosa Stomata terbuka



PEP



Daur Calvin



PEP



RuDP Piruvat Asam malat



PGA



CO2



Asam malat



Gambar 5. Proses fotosintesis pada tumbuhan CAM



Urutan dari proses fotosintesis pada tumbuhan CAM dapat dijelaskan sebagai berikut. a. CO2 masuk melalui stomata yang terbuka pada malam hari. CO2 akan berikatan dengan PEP dengan bantuan PEP karboksilase membentuk oksaloasetat. b. Oksaloasetat kemudian diubah menjadi malat dan disimpan di dalam vakuola. c. Pada siang hari, saat stomata menutup, malat akan mengalami dekarboksilasi menjadi asam piruvat dan CO2. d. CO2 kemudian akan masuk ke dalam kloroplas untuk menjalani siklus Calvin.



Contoh Soal 5 Perbedaan fiksasi CO2 antara tumbuhan C4 dan CAM terletak pada .... A. enzim yang digunakan B. senyawa hasil fiksasi CO2 dengan PEP C. waktu pengikatan CO2 D. tempat berlangsungnya siklus Calvin E. hasil dari siklus Calvin



Penjelasan:



Jawaban: C



Pada tumbuhan C4, proses fiksasi CO2 dengan PEP berlangsung pada siang hari, sedangkan pada tumbuhan CAM, proses fiksasi CO2 dengan PEP berlangsung pada malam hari. Jadi, perbedaan fiksasi CO2 antara tumbuhan C4 dan CAM terletak pada waktu pengikatan CO2. Metabolisme 2



12



E. Kemosintesis Kemosintesis adalah proses penyusunan senyawa organik dari senyawa anorganik dengan menggunakan energi yang berasal dari reaksi kimia. Proses ini dilakukan oleh organisme autotrof nonfotosintetik atau disebut juga organisme kemoautotrof. Organisme yang tergolong kemoautotrof antara lain adalah kelompok bakteri nitrifikasi (Nitrosomonas, Nitrosococcus, dan Nitrobacter), bakteri besi, bakteri metana, bakteri hidrogen, dan bakteri sulfur. Berbeda dengan organisme fotoautotrof yang berperan sebagai produsen di alam, organisme kemoautotrof umumnya berperan sebagai dekomposer (pengurai) atau produsen di laut dalam yang tidak memungkinkan adanya fotosintesis. Berdasarkan sumber energi kimianya, kemosintesis dibagi menjadi lima macam, yaitu sebagai berikut.



1. Kemosintesis oleh Bakteri Nitri kasi a. Bakteri nitrit adalah bakteri yang mampu mengoksidasi amonia menjadi nitrit. Bakteri yang tergolong nitrit adalah Nitrosomonas dan Nitrosococcus. Berikut ini merupakan reaksi kimia pada oksidasi amonia menjadi nitrit. 2NH2 + 3O2



Nitrosomonas



2HNO2 + 2H2O + Energi (158 kal)



b. Bakteri nitrat adalah bakteri yang mampu mengoksidasi nitrit menjadi nitrat. Bakteri yang tergolong nitrat adalah Nitrobacter. Berikut ini merupakan reaksi kimia pada oksidasi nitrit menjadi nitrat. 2HNO2 + O2



Nitrobacter



2HNO3 + Energi (43 kal)



SUPER "Solusi Quipper" AMOY MAIN KE MONAS KARENA IRIT Amoniak → Nitrosomonas → nitrit TRIA BAWA MARTABAK BUAT NITA Nitrit → Nitrobacter → nitrat



Metabolisme 2



13



2. Kemosintesis oleh Bakteri Sulfur Contoh dari bakteri sulfur adalah Beggiatoa atau Thiospirillum. Bakteri ini hidup di sumber-sumber air panas yang memiliki kandungan senyawa hidrogen sulfida. Bakteri-bakteri sulfur mampu mengoksidasi logam sulfida menjadi sulfur dengan reaksi kimia berikut. 2H2S + O2



2S + 2H2O + energi (122,2 kal)



Beggiatoa/Thiospirillum



Jika cadangan hidrogen sulfida habis, endapan sulfur (S) akan dioksidasi menjadi asam sulfat (H2SO4) dengan reaksi kimia berikut. 2S + 2H2 + 4O2



2H2SO4 + energi (284,4 kal)



3. Kemosintesis oleh Bakteri Besi Contoh dari bakteri besi adalah Ferrobacillus, Crenothrix, dan Spiruphyllum. Bakteribakteri besi mampu mengoksidasi ion ferro menjadi ion ferri dengan reaksi kimia berikut. 2Fe (HCO3)2 + H2O + O 4FeCO3 + O2 + 6H2O



2Fe (OH)3 + 4CO2 + energi (29 kkal) 4Fe (OH)3 + 4CO2 + energi (81 kkal)



4. Kemosintesis oleh Bakteri Hidrogen Salah satu contoh bakteri hidrogen adalah Bacillus panctotrophus. Bakteri ini mampu tumbuh pada medium anorganik dengan kandungan senyawa hidrogen, CO2, dan O2. Selain itu, bakteri ini juga mampu mengoksidasi hidrogen dengan membebaskan (menghasilkan) energi. Reaksi kimianya adalah sebagai berikut. 2H2 + O2



2H2O + energi (137 kkal)



2H2 + CO2 + energi (115 kkal)



CH2O + H2O



5. Kemosintesis oleh Bakteri Metana Salah satu bakteri metana yang melakukan kemosintesis adalah Methanomonas. Bakteri ini mampu mengoksidasi metana menjadi CO2. Reaksi kimianya adalah sebagai berikut. CH4 + 2O2



CO2 + 2H2O + energi



Metabolisme 2



14



Energi yang dihasilkan dari proses tersebut digunakan untuk proses fosforilasi dan reduksi CO2 menjadi karbohidrat. Contoh Soal 6 Organisme kemoautotrof dapat menyusun senyawa organik tanpa bantuan energi matahari. Energi yang mereka gunakan berasal dari .... A. oksidasi senyawa-senyawa organik B. reduksi senyawa-senyawa organik C. oksidasi senyawa-senyawa anorganik D. reduksi senyawa-senyawa anorganik E. fiksasi senyawa-senyawa anorganik Jawaban: C Penjelasan: Organisme kemoautotrof tidak memiliki klorofil, sehingga tidak dapat memanfaatkan energi matahari sebagai sumber energinya. Untuk mendapatkan energi yang dibutuhkan, mereka melakukan oksidasi terhadap senyawa-senyawa anorganik tertentu. Dari proses tersebut akan dihasilkan energi kimia. Energi kimia inilah yang selanjutnya mereka gunakan untuk menyusun senyawa organik. Contohnya adalah bakteri nitrit mengoksidasi amoniak menjadi nitrit, disertai pembentukan energi dan air. Jadi, energi yang mereka gunakan berasal dari oksidasi senyawa-senyawa anorganik.



Contoh Soal 7 Pernyataan berikut ini yang menjelaskan arti kemosintesis adalah .… A. proses pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana menggunakan energi kimia B. proses pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana disertai pembebasan energi C. penyusunan senyawa kompleks dari senyawa sederhana menggunakan energi kimia D. pembentukan makanan pada tumbuhan hijau dengan membebaskan energi kimia E. pembebasan energi menggunakan oksigen atau tanpa oksigen Jawaban: C



Metabolisme 2



15



Penjelasan: Kemosintesis adalah proses penyusunan senyawa-senyawa sederhana menjadi senyawa kompleks dengan bantuan energi kimia. Energi kimia ini diperoleh dari hasil oksidasi senyawa anorganik. Jadi, kemosintesis adalah penyusunan senyawa kompleks dari senyawa sederhana menggunakan energi kimia.



F. Faktor-Faktor yang Memengaruhi Proses Katabolisme dan Anabolisme Faktor-faktor yang memengaruhi proses katabolisme dan anabolisme dapat dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu faktor luar dan faktor dalam.



1. Faktor Luar a. Cahaya Pada katabolisme dan anabolisme, cahaya dapat mempercepat laju reaksi pada batas optimal. b. Suhu Suhu dapat mempercepat laju reaksi katabolisme dan anabolisme pada batas optimal. Jika melebihi batas optimal, enzim-enzim yang terlibat dalam proses tersebut akan rusak, sehingga dapat menurunkan laju reaksi. c. Ketersediaan CO2 Pada proses katabolisme, ketersediaan CO2 yang tinggi dapat menurunkan laju respirasi. Namun, pada anabolisme, ketersediaan CO2 yang tinggi dapat menaikkan laju reaksi sampai batas optimum. d. Ketersediaan O2 Pada proses katabolisme, ketersediaan O2 yang tinggi dapat menaikkan laju respirasi. Namun, pada anabolisme, ketersediaan O2 yang tinggi dapat menghambat laju reaksi. e. Ketersediaan H2O Kadar H2O yang tinggi dapat menurunkan laju reaksi katabolisme, sedangkan pada anabolisme tidak berpengaruh langsung, seperti pada proses membuka dan menutupnya stomata. f. Kecukupan unsur atau senyawa Pada proses katabolisme, unsur atau senyawa yang tersedia dalam jumlah sedikit akan meningkatkan laju reaksi, tetapi dalam jumlah besar akan menurunkan laju reaksi. Hal ini terjadi karena terhambatnya kerja enzim. Pada anabolisme, kekurangan unsur seperti N dapat menurunkan laju reaksi karena menghambat sintesis klorofil. Metabolisme 2



16



g. Ada tidaknya luka Luka dapat meningkatkan laju reaksi katabolisme, sehingga terbentuk kalus di luka tersebut. Namun, luka tidak memengaruhi laju reaksi anabolisme. h. Rangsang mekanis Rangsang mekanis dapat meningkatkan laju reaksi katabolisme, asalkan tidak terjadi berulang-ulang. Namun, rangsang mekanis tidak memengaruhi laju reaksi anabolisme.



SUPER "Solusi Quipper" Untuk memudahkan mengingat faktor-faktor luar yang memengaruhi proses katabolisme dan anabolisme, gunakan cara SUPER berikut. Kata Ana, Cahaya luar membuat Suhu panas sehingga anak Cowok2 butuh Oksigen (O2) dan Air (H2O) untuk mengobati luka akibat unsur mekanis Cahaya, Suhu, CO2, Oksigen (O2), Air (H2O), ada tidaknya luka, unsur, rangsang mekanis



2. Faktor Dalam Faktor-faktor dalam yang memengaruhi proses katabolisme adalah sebagai berikut. a. Substrat respirasi yang dapat mempercepat laju reaksi katabolisme. b. Kualitas dan kuantitas protoplasma. Faktor-faktor dalam yang memengaruhi proses anabolisme adalah sebagai berikut. a. Klorofil. b. Anatomi daun. c. Morfologi daun (tebal-tipisnya daun, kasar-halusnya permukaan daun). d. Membuka dan menutupnya stomata. e. Hambatan pada transportasi hasil fotosintesis yang dapat menurunkan laju reaksi anabolisme.



G. Keterkaitan antara Proses Katabolisme dan Anabolisme Katabolisme dan anabolisme adalah dua proses yang saling mendukung dan tidak dapat dipisahkan satu sama lain. Di dalam katabolisme, terjadi penguraian senyawasenyawa organik menjadi senyawa-senyawa anorganik yang disertai pembebasan energi. Energi dari katabolisme ini dibutuhkan oleh organisme, baik tingkat seluler maupun individu untuk melaksanakan aktivitas kehidupannya, termasuk melaksanakan proses anabolisme. Selain itu, katabolisme juga menyediakan bahan baku untuk sintesis senyawa-senyawa lain. Metabolisme 2



17



Anabolisme merupakan proses yang berkebalikan dengan katabolisme. Pada anabolisme, terjadi penyusunan senyawa-senyawa anorganik menjadi senyawa organik. Proses ini membutuhkan energi, baik berupa energi cahaya maupun energi kimia. Energi cahaya diperoleh langsung dari alam, sedangkan energi kimia diperoleh dari hasil katabolisme.



H. Keterkaitan Metabolisme Karbohidrat, Protein, dan Lemak Metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak saling berkaitan satu sama lain. Ketiga senyawa tersebut bertemu di jalur siklus Krebs dalam bentuk asetil koenzim A. Senyawa asetil koenzim A merupakan bahan baku untuk siklus Krebs. Pertemuan karbohidrat, protein, dan lemak di jalur metabolisme ini berguna untuk saling menggantikan bahan bakar di dalam sel. Hasil dari metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak dapat digunakan untuk menyusun senyawa-senyawa lain. Berikut ini adalah bagan keterkaitan metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak. Protein



Karbohidrat



Asam Amino



Gula



Lemak



Gliserol



Asam lemak



Deaminasi Glikolisis Glukosa NH3



Asam keto



Urea



Gliseraldehid - 3P



Piruvat Beta-oksidasi



Dikeluarkan dalam bentuk urin



Asetil koA



Siklus Krebs



Rantai transpor elektron dan fosforilasi oksidatif Gambar 6. Keterkaitan metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak



Metabolisme 2



18



Karbohidrat merupakan molekul pertama yang menjadi substrat untuk proses respirasi. Jika karbohidrat habis, lemak akan dioksidasi sebagai pengganti karbohidrat. Jika karbohidrat dan lemak habis, giliran protein yang akan dipecah menjadi asam amino untuk dioksidasi. Lemak tersusun atas gabungan asam lemak dan gliserol. Oleh sebab itu, untuk menjadi substrat respirasi, lemak harus diuraikan dahulu menjadi asam lemak dan gliserol. Selanjutnya, gliserol akan diubah menjadi dihidroksiaseton fosfat (DHAP) dan diubah lagi menjadi fosfogliseraldehid (PGAL). PGAL akan diubah menjadi asam piruvat, kemudian mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi asetil koenzim A dan masuk ke dalam siklus Krebs. Sementara itu, asam lemak akan diubah menjadi asetil koenzim A yang juga masuk ke dalam siklus Krebs. Oleh karena gliserol dan asam lemak sama-sama dapat masuk ke dalam jalur respirasi, maka lemak dapat menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan karbohidrat dan protein. Protein tersusun dari rangkaian asam amino. Untuk menjadi substrat respirasi, protein harus diuraikan terlebih menjadi asam amino melalui proses transaminasi maupun deaminasi. Transaminasi adalah proses pemindahan gugus amina –NH2, sedangkan deaminasi adalah proses pembuangan gugus amino. Asam amino seperti glisin, serin, alanin, dan sistein akan diubah dahulu menjadi asam piruvat, kemudian melalui dekarboksilasi oksidatif akan diubah menjadi asetil koenzim A, dan selanjutnya masuk ke dalam siklus Krebs. Asam lain seperti tirosin, leusin, fenilalanin, isoleusin, dan lisin akan langsung diubah menjadi asetil koenzim A dan masuk ke dalam siklus Krebs.



Metabolisme 2



19



Kurikulum 2013 Revisi



Kelas XII



B I O LO G I



Materi Genetik Tujuan Pembelajaran



Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami tentang materi genetik yang terdiri atas kromosom, gen, DNA, dan RNA. 2. Memahami tentang hubungan antara kromosom, gen, dan DNA. 3. Memahami tentang sintesis protein.



A. Pendahuluan Materi genetik adalah informasi yang terdapat pada setiap sel makhluk hidup dan dapat diturunkan pada keturunan berikutnya. Materi genetik sering kali disebut sebagai asam nukleat atau faktor hereditas. Pada makhluk hidup, materi genetik terdiri atas kromosom, gen, DNA, dan RNA. Semua materi genetik ini akan diturunkan melalui proses reproduksi. Bagaimanakah sebenarnya hubungan antara DNA, gen, dan kromosom itu? Hubungan antara DNA, gen, dan kromosom secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut. DNA merupakan penyusun gen → gen terdapat di dalam kromosom → kromosom terdapat di dalam inti sel → inti sel terdapat pada hampir semua sel tubuh



B. Kromosom Kromosom adalah benda-benda halus seperti kumpulan benang yang berfungsi sebagai pembawa dan penyimpan informasi genetik makhluk hidup. Kromosom terdiri atas zat-



zat yang mudah menyerap warna di dalam inti sel. Di dalam sel tubuh, kromosom terlihat berpasang-pasangan. Sepasang kromosom ini disebut sebagai kromosom homolog, yaitu kromosom yang memiliki bentuk, ukuran, dan komposisi yang sama atau hampir sama karena berasal dari induk yang sama. Di dalam sel, sepasang kromosom homolog memiliki bentuk, ukuran, dan komposisi yang berbeda dengan pasangan lainnya. Oleh sebab itu, dalam kariotipe kromosom (pengaturan kromosom suatu individu secara standar berdasarkan panjang, jumlah, dan bentuknya), tampak pasangan kromosom dengan bentuk yang berbeda-beda. Pasangan kromosom homolog disebut dengan genom atau ploidi. Sementara itu, kromosom yang bukan pasangannya disebut dengan kromosom nonhomolog. Kromosom memiliki ukuran dan bentuk yang bervariasi. Kromosom memiliki panjang sekitar 12–50 µm dengan diameter 0,2–20 µm. Pada umumnya, kromosom pada tumbuhan berukuran lebih besar daripada kromosom pada hewan dan manusia. Panjang kromosom pada tumbuhan mencapai sekitar 50 µm, sedangkan pada hewan sekitar 4–6 µm dan pada manusia sekitar 6 µm.



1. Komponen dan Struktur Kromosom Kromosom tersusun atas DNA dan protein yang saling berikatan. Protein penyusun kromosom ada dua macam, yaitu protein yang bersifat basa dan protein yang bersifat asam. Protein yang bersifat basa disebut protein histon, sedangkan protein yang bersifat asam disebut protein nonhiston. Di dalam inti sel, setiap kromosom memiliki bagian-bagian sebagai berikut.



Satelit



Gambar 1. Bagian-bagian kromosom



a. Lengan atau kromatid merupakan badan kromosom yang berisi kromonema. Kromonema merupakan benang-benang kromosom yang dikelilingi oleh matriks. Lengan atau kromatid berwarna lebih gelap karena menyerap zat warna.



Materi Genetik



2



b. Sentromer atau kinetokor merupakan pusat kromosom yang membagi kromosom menjadi dua lengan. Sentromer tidak mengandung gen dan terjadi karena konstriksi (mengecil) primer. Sentromer berwarna lebih terang karena kurang menyerap zat warna. c. Kromomer merupakan bagian kromonema yang mengalami penebalan. Di dalam kromomer, terdapat lokus yang menjadi tempat kedudukan gen. d. Telomer merupakan bagian ujung kromosom yang berfungsi untuk menghalangi terjadinya perlekatan antarkromosom. Selain itu, telomer juga berfungsi menjaga agar DNA di dalamnya tidak mudah terurai. e. Satelit merupakan ujung kromosom yang mengalami konstriksi (mengecil) sekunder.



2. Tipe-Tipe Kromosom Berdasarkan letak sentromernya, kromosom dibagi menjadi empat tipe sebagai berikut. a. Tipe metasentrik, jika sentromer tepat berada di tengah-tengah kromatid sehingga kromatid sama panjang. Tipe ini dapat digambarkan seperti huruf V. b. Tipe submetasentrik, jika sentromer tidak tepat di tengah-tengah kromatid sehingga kromatid tidak sama panjang. Tipe ini dapat digambarkan seperti huruf L. c. Tipe akrosentrik, jika sentromer terletak di dekat ujung kromatid, sehingga salah satu kromatid lebih panjang dari yang lain. Tipe ini dapat digambarkan seperti huruf J. d. Tipe telosentrik, jika sentromer terletak di ujung kromatid sehingga hanya ada satu kromatid. Tipe ini dapat digambarkan seperti huruf I.



Gambar 2. Bentuk-bentuk kromosom



Berdasarkan jumlah sentromernya, kromosom dibagi menjadi empat tipe sebagai berikut.



Materi Genetik



3



a. Asentrik, jika kromosom tidak memiliki sentromer. b. Monosentrik, jika kromosom memiliki satu sentromer. c. Disentrik, jika kromosom memiliki dua sentromer. d. Polisentrik, jika kromosom memiliki banyak sentromer. Berdasarkan bentuknya, kromosom dibagi menjadi enam tipe sebagai berikut. a. Tipe bulat b. Tipe cerutu c. Tipe koma d. Tipe batang e. Tipe huruf V f. Tipe huruf L Berdasarkan fungsinya, kromosom dibagi menjadi dua macam sebagai berikut. a. Kromosom tubuh atau autosom. b. Kromosom kelamin atau gonosom. Ada dua macam gonosom, yaitu gonosom X dan gonosom Y.



3. Jumlah Kromosom Setiap organisme memiliki jumlah kromosom tertentu. Berikut ini adalah tabel yang menggambarkan jumlah kromosom pada beberapa organisme. No.



Nama Organisme



Jumlah Kromosom



1.



Manusia



46



2.



Kera



42



3.



Simpanse



48



4.



Sapi



60



5.



Merpati



80



6.



Tomat



24



7.



Jagung



20



8.



Bawang putih



16



9.



Kentang



48



10.



Pepaya



18



Materi Genetik



4



4. Penulisan Kariotipe Kromosom pada Manusia a. Pada sel kelamin atau sel gamet Sel gamet mengandung 1 set kromosom (haploid) yang terdiri atas 23 buah kromosom dengan komposisi berikut. 1.) Sel sperma: 22 A + X atau 22 A + Y 2.) Sel ovum: 22 A + X b. Pada sel tubuh atau sel somatik Sel tubuh mengandung 2 set kromosom (diploid) yang terdiri atas 23 pasang kromosom atau 46 buah kromosom dengan komposisi berikut. 1.) Pria: 22 AA + XY atau 44 A + XY atau 46, XY 2.) Wanita: 22 AA + XX atau 44 A + XX atau 46, XX



Contoh Soal 1 Jumlah kromosom pada otot binaragawan adalah .... A. 22A + X B. 22A + Y







C. 44A + XX D. 44A + XY E. 44A + X atau Y Jawaban: D Penjelasan: Seorang binaragawan pasti berjenis kelamin laki-laki dan sel-sel ototnya bersifat diploid. Oleh karena manusia memiliki 46 buah kromosom pada sel-sel tubuhnya, maka jumlah kromosom pada otot binaragawan tersebut terdiri atas: 44 buah kromosom tubuh atau autosom (A); dan 2 buah kromosom kelamin penanda laki-laki, yaitu XY. Jadi, penulisannya adalah 44A + XY.



C. Gen dan Alel 1. Gen Gen merupakan zarah atau unit terkecil dari materi genetik yang mengendalikan sifatsifat hereditas organisme. Gen terdiri atas DNA yang terpintal oleh protein histon, terletak dalam lokus-lokus pada kromosom, serta tersusun dalam satu deret secara linear dan beraturan. Setiap kromosom memiliki ratusan lokus sehingga di dalam



Materi Genetik



5



sel, terdapat ribuan gen. Pada sel tubuh manusia yang mengandung 46 kromosom, diperkirakan terdapat 26.000–40.000 gen. Setiap satu gen mengendalikan satu sifat tertentu sehingga satu individu memiliki ribuan sifat. Komponen penyusun gen ada tiga macam, yaitu sebagai berikut. a. Rekon, komponen yang lebih kecil dari gen dan terdiri atas satu atau dua pasang nukleotida saja. b. Muton, komponen yang lebih besar dari rekon dan terdiri atas satu atau dua pasang nukleotida saja. c. Sistron, komponen yang terdiri dari ratusan nukleotida. Gen-gen yang terletak dalam lokus yang sama pada sepasang kromosom homolog dapat memiliki tugas yang sama, hampir sama, atau berlawanan. Gen-gen juga dapat memiliki keaktifan yang berbeda-beda sehingga dapat dibedakan menjadi gen aktif (ekspresif) dan gen pasif. Sebagai contoh, gen penumbuh rambut hanya aktif pada sel-sel kulit, tetapi tidak aktif di sel-sel lainnya. Keaktifan ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain tempat gen, jenis kelamin, dan umur. Berdasarkan jumlah sentromernya, kromosom dibagi menjadi empat tipe sebagai berikut. a. Gen dominan merupakan gen yang ekspresinya kuat dan dilambangkan dengan huruf besar. b. Gen setengah dominan merupakan gen yang ekspresinya di antara gen dominan dan resesif. c. Gen resesif merupakan gen yang ekspresinya lemah dan dilambangkan dengan huruf kecil. Berdasarkan perannya, ada dua macam gen sebagai berikut. a. Gen struktural merupakan gen yang mengode protein (enzim) dan ekspresinya dikendalikan oleh gen regulator. b. Gen regulator merupakan gen yang berperan mengatur ekspresi gen struktural. Di dalam kromosom, gen memiliki fungsi dan sifat-sifat sebagai berikut. a. Fungsi gen 1.) Sebagai zarah tersendiri di dalam kromosom. 2.) Pembawa informasi genetik dari generasi ke generasi. 3.) Pengatur proses metabolisme dan perkembangan pada organisme.



Materi Genetik



6



b. Sifat-sifat gen 1.) Mengandung materi genetik dan dapat menduplikasikan diri. 2.) Setiap gen memiliki fungsi yang berbeda-beda. 3.) Ditentukan oleh kombinasi basa nitrogennya.



2. Alel Alel merupakan pasangan gen yang terletak dalam lokus yang bersesuaian pada kromosom homolog. Alel memiliki tugas yang sama atau berlawanan untuk suatu sifat tertentu. Susunan gen dan alelnya dalam kromosom homolog disebut genotipe. Ada tiga kemungkinan genotipe yang dapat dimiliki oleh suatu individu, yaitu sebagai berikut. a. Genotipe homozigot dominan, jika pasangan alel terdiri atas dua gen dominan. Contoh: AA b. Genotipe homozigot resesif, jika pasangan alel terdiri atas dua gen resesif. Contoh: aa c. Genotipe heterozigot, jika pasangan alel terdiri atas dua gen yang berbeda, yaitu satu dominan dan satu resesif. Contoh: Aa Ada dua macam alel, yaitu alel tunggal dan alel ganda. a. Alel tunggal Alel tunggal adalah gen yang hanya memiliki satu gen sealel sehingga hanya muncul satu sifat. Contoh: gen A untuk pigmentasi kulit dan gen a tidak menghasilkan pigmentasi kulit. b. Alel ganda Alel ganda adalah gen yang memiliki lebih dari dua pasang gen sealel dan menempati lokus yang sama. Pada alel ganda, akan muncul beberapa sifat. Contoh: golongan darah sistem ABO pada manusia dan warna bulu pada kelinci. 1.) Golongan darah sistem ABO pada manusia dipengaruhi oleh tiga macam gen, yaitu gen IA, IB, dan IO. Ketiga gen tersebut dapat menjadi alel satu sama lain sehingga terbentuk 6 macam genotipe. Perhatikan tabel berikut ini.



Materi Genetik



7



No.



Pasangan Alel



Genotipe



Golongan Darah



1.



IA x IA



IAIA



A (homozigot)



2.



IA x IO



IAIO



A (heterozigot)



3.



IB x IB



IBIB



B (homozigot)



4.



IB x IO



IBIO



B (heterozigot)



5.



IA x IB



IAIB



AB



6.



IO x IO



IOIO



O



2.) Warna bulu pada kelinci dipengaruhi oleh empat macam gen, yaitu gen W, wch, wh, dan w. Pengaruh gen-gen tersebut terhadap warna bulu adalah sebagai berikut. W = bulu normal, warna kelabu wch = bulu chinchilla wh = bulu himalayan w = bulu albino Dominansi gen-gen tersebut secara berurutan dari yang paling dominan hingga resesif adalah sebagai berikut. W > wch > wh > w



Keempat gen tersebut dapat menjadi alel satu sama lain sehingga terbentuk 10 macam genotipe. Perhatikan tabel berikut ini. No.



Pasangan Alel



Genotipe



Warna Bulu



1.



WxW



WW



bulu normal (homozigot)



2.



W x wch



Wwch



bulu normal (heterozigot)



3.



W x wh



Wwh



bulu normal (heterozigot)



4.



Wxw



Ww



bulu normal (heterozigot)



5.



wch x wch



wchwch



bulu chinchilla (homozigot)



6.



wch x wh



wchwh



bulu chinchilla (heterozigot)



7.



wch x w



wchw



bulu chinchilla (heterozigot)



8.



wh x wh



whwh



bulu himalayan (homozigot)



9.



wh x w



whw



bulu himalayan (heterozigot)



10



wxw



ww



bulu albino (homozigot)



Materi Genetik



8



Contoh Soal 2 Gen adalah substansi hereditas yang memiliki sifat-sifat berikut, kecuali …. A. dapat bermutasi B. dapat menduplikasi diri C. hanya terdapat pada gamet D. mengandung informasi genetik E. menempati satu lokus di dalam kromosom



Penjelasan:



Jawaban: C



Gen adalah materi genetik penentu sifat makhluk hidup yang terdapat di dalam kromosom. Oleh karena itu, gen tidak hanya terdapat di dalam sel-sel gamet. Akan tetapi, juga terdapat di dalam sel-sel tubuh lainnya yang memiliki inti sel. Jadi, yang bukan sifat gen adalah hanya terdapat pada gamet.



D. DNA dan RNA 1. DNA DNA atau deoxyribonucleic acid adalah suatu asam nukleat yang merupakan penyusun gen di dalam inti sel. DNA menyimpan segala informasi biologis dari setiap mahluk hidup dan beberapa virus. Selain di dalam inti sel, DNA juga bisa ditemukan di dalam mitokondria, kloroplas, sentriol, dan plastid. Pada beberapa organisme tertentu seperti katak dan tumbuhan paku, DNA ditemukan di dalam sitoplasmanya. a. Struktur DNA DNA merupakan suatu molekul besar yang kompleks. DNA terdiri atas dua pita panjang yang saling berpilin membentuk heliks ganda (double helix). Setiap pita merupakan suatu polimer dari ratusan hingga ribuan nukleotida. Setiap nukleotida terdiri atas tiga komponen sebagai berikut. 1.) Gula pentosa deoksiribosa Gula deoksiribosa adalah gula pentosa (beratom 5C) yang kehilangan satu atom oksigen. 2.) Gugus fosfat Gugus fosfat terikat pada atom C nomor 5 dari gula pentosa.



Materi Genetik



9



3.) Basa nitrogen Basa nitrogen terikat pada atom C nomor 1 dari gula pentosa. Ada dua jenis basa nitrogen, yaitu basa purin dan basa pirimidin. Basa purin terdiri atas adenin (A) dan guanin (G), sedangkan basa pirimidin terdiri atas sitosin (S/C) dan timin (T). Keempat jenis basa nitrogen tersebut membentuk pasangan yang tetap. Basa nitrogen dari pita satu akan berpasangan secara tetap dengan basa nitrogen dari pita lainnya. Pasangan tersebut adalah A dengan T dan G dengan C. Menurut Erwin Chargaff, jumlah adenin pada setiap DNA hampir sama dengan timin dan jumlah guanin hampir sama dengan sitosin. Ada tiga macam ikatan kimia yang terdapat pada rantai DNA, yaitu sebagai berikut. 1.) Ikatan fosfodiester adalah ikatan kimia antara gugus fosfat dari satu nukleotida dan gula dari nukleotida berikutnya. Ikatan antara gula dan fosfat ini diilustrasikan sebagai “ibu tangga” dari struktur heliks DNA. 2.) Ikatan hidrogen adalah ikatan kimia antarpasangan basa nitrogen. Adenin yang berikatan dengan timin dihubungkan dengan dua ikatan hidrogen (A = T), sedangkan guanin yang berikatan dengan sitosin dihubungkan dengan tiga ikatan hidrogen (G → C). Ikatan hidrogen dari pasangan basa purin–pirimidin ini diilustrasikan sebagai “anak tangga” dari struktur heliks DNA. 3.) Ikatan antara gula deoksiribosa dan basa nitrogen. Ikatan ini ada empat macam, yaitu sebagai berikut. Deoksiadenosin monofosfat (dAMP) adalah ikatan kimia antara gula deoksiribosa dan basa adenin. Deoksiguanin monofosfat (dGMP) adalah ikatan kimia antara gula deoksiribosa dan basa guanin. Deoksisistidin monofosfat (dCMP) adalah ikatan kimia antara gula deoksiribosa dan basa sitosin. Deoksitimidin monofosfat (dTMP) adalah ikatan kimia antara gula deoksiribosa dan basa timin. Satu molekul gula yang berikatan dengan satu molekul basa nitrogen akan membentuk satu nukleosida. Jika satu nukleosida berikatan dengan satu gugus fosfat, akan terbentuk satu nukleotida. Dengan demikian, diketahui bahwa satu nukleotida terdiri atas satu gugus fosfat, satu gula, dan satu basa nitrogen. Rantai DNA merupakan rangkaian panjang nukleotida sehingga DNA merupakan suatu polinukleotida. Heliks ganda DNA yang terdiri atas dua rantai polinukleotida



Materi Genetik



10



berjalan antiparalel satu sama lain. Satu rantai berjalan dengan arah 5’ → 3’ dan rantai pasangannya berjalan berlawanan dengan arah 3’ → 5’. Untuk memahami struktur DNA dengan baik, perhatikan gambar berikut. = gugus fosfat = gugus pentosa



= basa nitrogen



Gambar 3. Struktur DNA



b. Fungsi DNA DNA memiliki beberapa fungsi, yaitu sebagai berikut. 1.) Sebagai pembawa informasi genetik. 2.) Berperan dalam pewarisan sifat. 3.) Ekspresi informasi genetik. 4.) Dapat menyintesis molekul kimia lain, seperti RNA dan protein (disebut fungsi heterokatalisis). 5.) Dapat menduplikasikan diri atau bereplikasi (disebut fungsi autokatalisis). c. Sifat DNA DNA memiliki beberapa sifat sebagai berikut. 1.) Jumlah DNA konstan pada setiap jenis sel dan spesies. 2.) Kandungan DNA dalam sel bergantung sifat ploidi (genom) atau jumlah kromosom. 3.) Bentuk DNA pada inti sel eukariotik seperti benang yang tidak bercabang, sedangkan pada sel prokariotik, plastida, dan mitokondria berbentuk sirkuler. d. Replikasi DNA DNA memiliki kemampuan untuk menduplikasikan diri atau replikasi diri. Proses replikasi terjadi saat interfase sebelum sel membelah. Tujuan replikasi ini agar sel anakan hasil pembelahan mengandung DNA yang identik dengan DNA sel induk. Jika terjadi kesalahan dalam proses replikasi, sifat pada sel-sel anakannya akan mengalami perubahan. Ada tiga hipotesis tentang terjadinya replikasi DNA, yaitu sebagai berikut. 1.) Hipotesis konservatif Hipotesis ini menyatakan saat replikasi, dua rantai polinukleotida tidak terpisah dan tidak menjadi cetakan bagi rantai baru. Dengan demikian, pada rantai polinukleotida baru, tidak terkandung rantai polinukleotida lama.



Materi Genetik



11



2.) Hipotesis semikonservatif Hipotesis ini menyatakan saat replikasi, dua rantai polinukleotida terpisah kemudian masing-masing rantai membuat rantai pelengkapnya. Dengan demikian, akan terbentuk dua pasang rantai polinukleotida yang setiap pasangannya terdiri atas rantai baru dan rantai lama. 3.) Hipotesis dispersif Hipotesis ini menyatakan saat replikasi, kedua rantai polinukleotida induk terputus-putus pada beberapa bagian. Setiap bagian yang putus akan mencetak pelengkapnya. Pada akhirnya, kedua rantai polinukleotida hasil replikasi terdiri atas potongan rantai lama dan rantai baru yang berselangseling. Dari ketiga hipotesis tersebut, setelah dilakukan percobaan oleh Matthew Meselson dan Franklin Stahl, yang lebih diyakini kebenarannya adalah hipotesis semikonservatif sesuai dengan prediksi Watson dan Crick. Dalam proses replikasi DNA, ada beberapa enzim yang berperan di dalamnya, yaitu sebagai berikut. 1.) Helikase berfungsi memutuskan ikatan hidrogen sehingga heliks ganda DNA terbuka dan memisah menjadi rantai tunggal. 2.) RNA primase berfungsi menggabungkan nukleotida-nukleotida RNA sehingga membentuk primer (kelas lain asam nukleat). 3.) DNA polimerase berfungsi menggabungkan nukleotida-nukleotida menjadi polimer DNA. 4.) DNA ligase berfungsi menyambungkan fragmen-fragmen DNA yang baru terbentuk menjadi rantai DNA yang lengkap. 5.) Topoisomerase berfungsi untuk mematahkan tegangan ikat pada heliks ganda DNA sehingga pembukaan heliks ganda dapat dimulai. Setelah kamu memahami tentang hipotesis dan enzim-enzim pada replikasi DNA, sekarang perhatikan langkah-langkah atau mekanisme replikasi DNA berikut.



Gambar 4. Proses replikasi DNA



Materi Genetik



12



1.) Dua rantai DNA dibuka oleh enzim helikase (nomor 9) dengan bantuan enzim topoisomerase (nomor 11). 2.) Rantai tunggal DNA dilekati oleh protein-protein pengikat untaian tunggal (nomor 10) agar tidak terbentuk heliks ganda kembali. 3.) Enzim RNA primase (nomor 6) menggabungkan nukleotida-nukleotida menjadi primer RNA, yaitu potongan pendek RNA. 4.) Molekul DNA polimerase (nomor 3 dan 8) melekat pada untaian tunggal DNA dan bergerak di sepanjang untaian tersebut. Dari proses ini, terbentuk untaian DNA baru yang disebut leading strand atau untaian utama (nomor 2) dan lagging strand atau untaian lamban (nomor 1). Leading strand disintesis secara terus-menerus pada arah 5’ → 3’, sedangkan lagging strand disintesis secara tidak kontinu. Pada sintesis lagging strand, DNA polimerase harus membentuk segmen-segmen polinukleotida diskontinu yang disebut fragmen Okazaki. 5.) DNA ligase (nomor 4) kemudian menyambungkan fragmen-fragmen tersebut.



2. RNA RNA atau ribonucleic acid adalah makromolekul polinukleotida berupa rantai tunggal atau ganda, tetapi tidak berpilin, seperti pada DNA. Rantai pada RNA juga pendekpendek karena dibentuk melalui transkripsi fragmen-fragmen DNA. Tidak seperti DNA yang umumnya ditemukan di dalam inti sel, RNA banyak ditemukan di dalam ribosom atau sitoplasma. Keberadaan RNA di dalam sel tidak tetap karena mudah terurai dan harus dibentuk kembali. a. Struktur RNA RNA merupakan suatu polinukleotida yang tersusun atas banyak ribonukleotida. Setiap ribonukleotida tersusun atas 3 komponen, yaitu sebagai berikut. 1.) Gula pentosa ribosa 2.) Gugus fosfat Gugus fosfat dan ribosa akan membentuk tulang punggung RNA. 3.) Basa nitrogen Basa nitrogen terdiri atas basa purin dan basa pirimidin. Basa purin terdiri atas adenin (A) dan guanin (G), sedangkan basa pirimidin terdiri atas sitosin (S/C) dan urasil (U). Pasangan basa nitrogen antara rantai DNA dan RNA dalam sintesis protein adalah A dengan U dan C dengan G.



Materi Genetik



13



Di dalam nukleoplasma, ribonukleotida RNA terdapat bebas dalam bentuk nukleosida trifosfat, seperti: 1.) adenosin trifosfat (ATP); 2.) guanosin trifosfat (GTP); 3.) sistidin trifosfat (STP); dan 4.) uridin trifosfat (UTP). b. Fungsi RNA RNA berperan dalam proses sintesis protein di dalam sel. Akan tetapi, pada beberapa jenis virus, RNA berperan seperti DNA, yaitu pembawa informasi genetik. c. Macam-Macam RNA RNA dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu sebagai berikut. 1.) RNA genetik RNA genetik adalah RNA yang memiliki peran seperti DNA, yaitu sebagai pembawa informasi genetik. RNA tipe ini hanya terdapat pada beberapa jenis virus. Oleh karena virus hanya memiliki satu macam materi genetik saja, yaitu DNA atau RNA, maka pada virus yang tidak memiliki DNA, sebagai penggantinya adalah RNA. 2.) RNA nongenetik RNA nongenetik adalah RNA yang tidak berperan sebagai informasi genetik, tetapi hanya berperan dalam proses sintesis protein. RNA tipe ini terdapat pada organisme yang memiliki DNA. Ada tiga macam RNA nongenetik, yaitu sebagai berikut. RNA duta atau mRNA RNA duta atau mRNA merupakan rantai tunggal yang panjang dan tersusun atas ratusan nukleotida. RNA ini dibentuk oleh DNA melalui proses transkripsi di dalam inti sel. Urutan basa nitrogen pada mRNA adalah pasangan komplementer atau pelengkap dari rantai sense DNA. Basa-basa nitrogen yang terdapat di sepanjang rantai mRNA tersusun dalam bentuk triplet. Setiap triplet terdiri atas tiga basa nitrogen dengan urutan tertentu. Triplet ini disebut juga kodon. Satu triplet atau satu kodon akan menentukan satu jenis asam amino. Fungsi dari mRNA sebagai pembawa kode genetik (kodon) dari inti sel ke sitoplasma. Oleh sebab itu, rantai mRNA disebut juga rantai kodon.



Materi Genetik



14



RNA pemindah atau tRNA RNA pemindah atau tRNA merupakan rantai tunggal yang pendek. RNA ini dibentuk oleh DNA di dalam inti sel kemudian diangkut ke sitoplasma. Rantai tRNA berupa struktur tiga dimensi yang mempunyai ikatan hidrogen antarbasa nitrogen pada tempat-tempat tertentu. Pada rantai tRNA, terdapat dua ujung perlekatan yang penting, yaitu ujung untuk perlekatan asam amino dan ujung untuk perlekatan kodon dari mRNA. Ujung tempat perlekatan kodon disebut antikodon. Antikodon terdiri atas triplet basa nitrogen yang dapat berikatan secara spesifik dengan kodon. Antikodon jumlahnya lebih sedikit dari kodon karena antikodon mampu mengenali dua atau lebih kodon yang berbeda. Jumlah total kodon adalah 64, sedangkan jumlah antikodon sekitar 45. Fungsi dari tRNA adalah sebagai penerjemah kodon dari mRNA dan pengangkut asam-asam amino dari sitoplasma ke ribosom. Asam-asam amino yang diangkut oleh tRNA ini merupakan bahan dasar pembentuk protein. RNA ribosom atau rRNA RNA ribosom atau rRNA merupakan RNA yang terdapat di dalam ribosom, tetapi dibentuk oleh DNA di dalam inti sel. rRNA berupa rantai tunggal, tidak bercabang, dan fleksibel. Dalam satu sel, jumlah rRNA lebih banyak dibandingkan dengan jumlah mRNA dan tRNA. Fungsi rRNA adalah sebagai mesin perakit polipeptida pada sintesis protein yang bergerak ke satu arah di sepanjang rantai mRNA.



3. Perbedaan antara DNA dan RNA Perbedaan antara DNA dan RNA dapat dilihat pada tabel berikut ini.



No. 1. 2.



Faktor



DNA



Pembeda Struktur Fungsi



RNA



Rantai ganda (double



Rantai tunggal yang



helix) yang panjang



pendek



Pembawa informasi



Sintesis protein



genetik dan sintesis protein



Materi Genetik



15



Faktor



No.



DNA



Pembeda Letak



3.



RNA



Inti sel, kloroplas,



Sitoplasma, ribosom, dan



mitokondria, sentriol, dan



inti sel



plastida 4.



Jenis gula



5.



Basa nitrogen



Kadar jumlah



6.



7.



Keberadaannya



Deoksiribosa



Ribosa



Purin: adenin dan guanin



Purin: adenin dan guanin



Pirimidin: sitosin dan



Pirimidin: sitosin dan



timin



urasil



Tetap, tidak terpengaruh



Tidak tetap, dipengaruhi



oleh aktivitas sintesis



oleh aktivitas sintesis



protein



protein



Permanen



Tidak permanen, karena mudah terurai



Contoh Soal 3 Berikut ini adalah komponen penyusun nukleotida pada DNA, kecuali .... A. gugus fosfat B. gula deoksiribosa C. basa adenin D. basa urasil E. basa sitosin Jawaban: D Penjelasan: Komponen penyusun nukleotida pada DNA adalah gula deoksiribosa, gugus fosfat, basa purin yang terdiri atas adenin dan guanin, serta basa pirimidin yang terdiri atas sitosin dan timin. Sementara itu, basa urasil adalah basa pirimidin penyusun nukleotida pada RNA. Jadi, komponen yang bukan komponen penyusun nukleotida pada DNA adalah basa urasil.



Materi Genetik



16



SUPER "Solusi Quipper" DINA mengajak ADE, GANI, SITI, dan TINI (DNA terdiri atas ADENIN – GUANIN – SITOSIN – TIMIN) RIANA mengajak ADE, GANI, SITI, dan USI (RNA terdiri atas ADENIN – GUANIN – SITOSIN – URASIL)



Contoh Soal 4 Berikut ini yang merupakan fungsi dari tRNA adalah .... A. bertindak sebagai pola cetakan untuk membentuk polipeptida B. sebagai pembawa kode-kode genetik yang disebut kodon C. mengikat asam–asam amino yang akan disusun menjadi protein D. sebagai mesin perakit polipeptida pada sintesis protein E. sebagai cetakan untuk menyintesis protein di dalam ribosom Jawaban: C Penjelasan: Fungsi dari tRNA adalah sebagai penerjemah kodon dari mRNA dan pengangkut asamasam amino dari sitoplasma ke ribosom. Asam-asam amino yang diangkut oleh tRNA ini merupakan bahan dasar pembentuk protein. Jadi, fungsi dari tRNA adalah mengikat asam–asam amino yang akan disusun menjadi protein.



E. Sintesis Protein Sintesis protein adalah proses pembentukan protein yang dikode oleh DNA dan dilaksanakan oleh RNA. Proses sintesis protein sebagian berlangsung di dalam inti sel dan sebagian lagi berlangsung di dalam ribosom. Bahan baku dalam sintesis protein adalah asam amino. Terdapat 20 jenis asam amino. Jenis asam amino yang digunakan dalam sintesis protein ditentukan oleh DNA. Perbedaan jenis, jumlah, dan susunan asam amino menentukan jenis protein yang disintesis. Hasil dari proses sintesis protein adalah protein fungsional. Aktivitas dari protein fungsional akan memengaruhi sifat-sifat tubuh organisme. Perbedaan sifat-sifat tubuh ini selanjutnya akan menghasilkan perbedaan fenotipe (sifat yang tampak) pada organisme. Contoh protein fungsional adalah enzim, hormon, keratin, atau hemoglobin. Materi Genetik



17



Lantas, bagaimanakah mekanisme sintesis protein? Mekanisme sintesis protein terdiri atas dua tahap utama, yaitu transkripsi dan translasi. Transkripsi adalah proses pencetakan RNA oleh DNA, sedangkan translasi adalah proses penerjemahan kode genetik pada RNA menjadi urutan asam amino.



1. Transkripsi Pada proses transkripsi, disintesis mRNA, tRNA, dan rRNA. Akan tetapi, yang berperan dalam menentukan urutan asam amino penyusun protein adalah basa-basa nitrogen pada rantai mRNA. Proses transkripsi sendiri terdiri atas tiga tahap, yaitu insiasi (permulaan) transkripsi, elongasi (pemanjangan) rantai RNA, dan terminasi (pengakhiran) transkripsi. Di samping ini adalah gambar dari proses transkripsi.



Gambar 5. Proses Transkripsi oleh DNA



Urutan proses transkripsi tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. a. Enzim RNA polimerase yang berfungsi membuka ikatan heliks DNA dan membuat salinan informasi genetik dari DNA menempel pada DNA. Tempat menempelnya RNA polimerase pada DNA disebut promoter. b. Dua rantai DNA, yaitu rantai cetakan (template/sense) dan rantai komplemennya (antitemplate/antisense) mulai memisah. Promoter menempel pada rantai cetakan (sense).



Materi Genetik



18



c. RNA polimerase mulai membentuk RNA dari titik awal promoter dan terus bergerak di sepanjang rantai cetakan DNA. Heliks DNA terbuka secara berurutan, sekitar 10 – 20 basa nitrogen sekaligus. Perakitan nukleotida-nukleotida RNA ini selalu dari arah 5’ → 3’. d. Basa-basa nitrogen yang dibentuk pada RNA merupakan komplemen dari basabasa nitrogen pada rantai DNA sense sebagai berikut. 1.) Basa T pada DNA untuk cetakan A pada RNA. 2.) Basa C pada DNA untuk cetakan G pada RNA. 3.) Basa A pada DNA untuk cetakan U pada RNA. 4.) Basa G pada DNA untuk cetakan C pada RNA. Contoh: triplet TAG pada DNA akan dicetak menjadi AUC pada RNA. e. Proses transkripsi RNA akan berhenti setelah RNA polimerase mentranskripsi DNA terminator. f. RNA kemudian akan terlepas dari RNA polimerase dan heliks DNA akan menutup kembali. g. mRNA yang terbentuk pada transkripsi selanjutnya akan keluar dari inti sel menuju ke ribosom.



2. Translasi Pada proses translasi, disintesis polipeptida dengan menggunakan kode genetik pada mRNA. Proses ini berlangsung di dalam ribosom dan dilakukan oleh tRNA serta ribosom itu sendiri. Setiap asam amino digabungkan oleh tRNA pada kodon mRNA dengan bantuan enzim sintetase tRNA-aminoasil. Seperti halnya transkripsi, translasi juga terdiri atas tiga tahap, yaitu inisiasi translasi, elongasi translasi, dan terminasi translasi. Di samping ini adalah gambar dari proses translasi.



Gambar 6. Proses translasi oleh tRNA



Materi Genetik



19



Urutan dari proses translasi tersebut adalah sebagai berikut. a. Subunit kecil ribosom berikatan dengan molekul mRNA di ujung 5’. b. Translasi dimulai dari kodon start, yaitu AUG yang terdapat pada mRNA. Setelah itu, tRNA inisiator dengan antikodon UAC akan membawa asam amino metionin untuk dilekatkan pada kodon AUG. Metionin selalu menjadi asam amino awal dalam sintesis protein. c. Setelah itu, asam-asam amino akan ditambahkan satu per satu oleh enzim sintetase tRNA-aminoasil sampai terbentuk rantai polipeptida yang lengkap. d. Proses translasi berakhir jika sudah sampai pada kodon stop. Triplet kodon stop ada tiga macam, yaitu UAA, UGA, dan UAG. Ketiga kodon stop tersebut berfungsi untuk menghentikan proses translasi dan tidak mengode asam amino lagi. e. Selanjutnya, polipeptida yang terbentuk dilepaskan dari ribosom. Proses sintesis protein secara ringkas dapat dituliskan sebagai berikut. DNA melakukan transkripsi di dalam inti sel membentuk RNA → mRNA meninggalkan inti sel menuju ribosom dengan membawa kodon → tRNA akan membawa asam amino sesuai kodon menuju ribosom (translasi) → asam amino dirangkai sesuai kode genetik pada kodon → terbentuk senyawa polipeptida (protein).



Berikut ini adalah kode genetik untuk menentukan asam amino sesuai dengan kodonnya. Kodon basa kedua



Kodon basa pertama



Kodon basa ketiga



Gambar 7. Kode genetik Materi Genetik



20



Contoh Soal 5 Perhatikan diagram sintesis protein berikut! Kodon



A



Menempel pada ribosom Ribosom



C



Translasi Asam amino B



Pada diagram tersebut, A, B, dan C secara berurutan adalah …. A. RNA duta, RNA transfer, dan protein B. DNA, RNA transfer, dan polipeptida C. RNA transfer, RNA duta, dan RNA ribosom D. kodogen, kodon, dan antikodon E. kodogen, RNA ribosom, dan asam amino Jawaban: B Penjelasan: Pada diagram sintesis protein tersebut, A adalah DNA yang bertugas melakukan transkripsi sehingga dihasilkan mRNA (RNA duta) dengan kodon tertentu. Selanjutnya, kodon tersebut akan dibawa ke ribosom. B adalah tRNA atau RNA transfer yang bertugas menerjemahkan kodon pada mRNA. C adalah polipeptida, yaitu hasil dari sintesis protein. Jadi, A, B, dan C secara berurutan adalah DNA, RNA transfer, dan polipeptida.



Contoh Soal 6 Berikut ini adalah peristiwa yang terjadi selama sintesis protein. 1.



tRNA mengangkut asam amino ke ribosom.



2.



mRNA meninggalkan inti menuju ribosom.



3.



Asam amino dirangkai menjadi senyawa polipeptida.



4.



DNA mengadakan transkripsi membentuk RNA.



5.



Terbentuklah protein sesuai kode genetik.



Urutan sintesis protein yang benar adalah ....



Materi Genetik



21



A. 4 – 2 – 1 – 3 – 5 B. 3 – 4 – 5 – 2 – 1 C. 4 – 2 – 3 – 1 – 5 D. 1 – 2 – 3 – 4 – 5 E. 5 – 4 – 3 – 2 – 1 Jawaban: A Penjelasan: Secara ringkas, proses sintesis protein dapat dituliskan sebagai berikut. DNA mengadakan transkripsi membentuk RNA → mRNA meninggalkan inti menuju ribosom → tRNA mengangkut asam amino ke ribosom → asam amino dirangkai menjadi senyawa polipeptida → terbentuklah protein sesuai kode genetik. Jadi, urutan sintesis protein yang benar adalah 4 – 2 – 1 – 3 – 5.



F. Pengontrolan Ekspresi Gen Ekspresi gen adalah proses penyalinan informasi genetik yang ada di dalam DNA melalui proses transkripsi dan translasi. Dalam proses tersebut, perlu pengontrolan yang efisien agar sel tidak kehilangan banyak energi. Ada dua sistem pengaktifan ekspresi gen, yaitu ekspresi gen secara konstitutif dan ekspresi gen secara induktif. Gen yang diekspresikan secara konstitutif akan dinyatakan secara terus-menerus dalam keadaan apapun. Gen yang tergolong jenis ini adalah gen-gen yang bertanggung jawab terhadap proses-proses metabolisme, seperti gen penghasil enzim-enzim pengkatalisis reaksi metabolisme. Sementara itu, gen yang diekspresikan secara induktif hanya akan dinyatakan jika keadaan memungkinkan atau ada induksi, misalnya gen untuk efisiensi selular. Proses pengontrolan suatu gen sehingga dapat terekspresi atau tidak pada waktu dan kondisi yang berbeda disebut regulasi ekspresi gen. Regulasi ekspresi gen ini memungkinkan sel untuk mengatur struktur dan fungsi yang menjadi dasar dari diferensiasi, morfogenesis, dan kemampuan adaptif setiap organisme. Pengontrolan ekspresi gen pada sel eukariotik (sel yang memiliki membran inti, misalnya pada manusia) lebih kompleks daripada sel prokariotik (sel yang tidak memiliki membran inti, misalnya pada bakteri). Pada sel prokariotik, pengontrolan ekspresi gen hanya terjadi pada tingkat transkripsi. Sementara pada sel eukariotik, pengontrolan ekspresi gen terjadi mulai dari tingkat transkripsi hingga pascatranslasi.



Materi Genetik



22



Kurikulum 2013 Revisi



Kelas XII



B I O LO G I



Pembelahan Sel Tujuan Pembelajaran



Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami tentang pembelahan sel. 2. Dapat membedakan antara pembelahan mitosis dan meiosis. 3. Memahami tentang gametogenesis pada manusia dan hewan. 4. Memahami tentang mikrosporogenesis, megasporogenesis, mikrogametogenesis, dan megagametogenesis.



A. Pendahuluan Sel memiliki kemampuan untuk memperbanyak diri melalui proses pembelahan sel. Pembelahan sel dapat terjadi pada organisme uniseluler maupun multiseluler. Fungsi dari pembelahan sel adalah untuk pertumbuhan, reproduksi, atau regenerasi. Sel yang membelah disebut sel induk. Sel induk akan mewariskan sifat-sifat genetiknya pada sel turunannya. Sel turunan dari sel induk ini disebut sebagai sel anak. Ada dua macam pembelahan sel, yaitu pembelahan langsung dan pembelahan tidak langsung. Pembelahan langsung atau disebut juga pembelahan amitosis merupakan pembelahan tanpa melalui tahap-tahap pembelahan. Sementara itu, pembelahan tidak langsung adalah pembelahan yang melalui tahap-tahap pembelahan. Ada dua tipe pembelahan tidak langsung, yaitu pembelahan mitosis dan pembelahan meiosis.



B. Pembelahan Amitosis Pembelahan amitosis atau disebut juga pembelahan biner terjadi pada organisme bersel satu (uniseluler). Pembelahan ini terjadi baik pada organisme prokariotik, seperti bakteri dan alga biru, maupun pada organisme eukariotik seperti Paramaecium dan Amoeba. Pembelahan amitosis merupakan salah satu cara reproduksi vegetatif yang dilakukan oleh organisme uniseluler. Pembelahan amitosis berlangsung sangat cepat, yaitu hanya berkisar antara 20–30 menit. Hasil dari pembelahan amitosis adalah dua sel anak yang memiliki jumlah kromosom identik dengan sel induknya. Ciri-ciri dari pembelahan amitosis adalah tidak terjadi peleburan membran inti dan tidak terbentuk benang spindel. Untuk lebih memahami tentang pembelahan amitosis, mari perhatikan mekanisme pembelahan amitosis pada bakteri berikut. 1. Pengikatan kromosom Kromosom dari bakteri yang berupa DNA sirkuler melekat pada mesosom untuk mempermudah proses replikasi. Mesosom adalah bagian membran sel yang melekuk ke arah dalam. 2. Replikasi kromosom Titik awal/start replikasi akan menempel di bagian mesosom membran sel. Senyawa kimia dalam mesosom akan menginisiasi proses replikasi tersebut. Akibatnya, akan terbentuk dua kromosom yang identik, yaitu kromosom induk dan kromosom anak. Kromosom anak akan memisahkan diri dari kromosom induk dan melekat pada mesosom yang berbeda. Pemisahan kedua kromosom ini melibatkan protein FtsZ. 3. Penyekatan sitoplasma Setelah kedua kromosom memisah, membran sel akan melekuk ke arah dalam. Membran sel membagi sel menjadi dua bagian yang sama besar. Protein FtsZ membentuk cincin di daerah pelekukan. 4. Pemisahan sel Pelekukan membran sel terus berlangsung dengan arahan protein FtsZ. Pelekukan berhenti jika lekukan sudah saling bertemu dan membentuk sekat (septum) yang membagi kedua sel sama besar. Selanjutnya, di daerah septum akan terbentuk dinding sel baru sehingga kedua sel benar-benar terpisah.



C. Pembelahan Mitosis Pembelahan mitosis terjadi pada sel-sel tubuh (sel somatik) dan sel-sel induk gamet. Pada pembelahan mitosis, sel induk akan membelah menjadi dua sel anak yang sama persis, termasuk jumlah kromosomnya. Jika sel induk memiliki kromosom diploid, kromosom sel anak juga akan diploid.



Pembelahan Sel



2



Dalam satu kali siklus sel, ada dua fase utama yaitu interfase dan mitosis. Interfase adalah fase persiapan sel sebelum membelah, sedangkan mitosis adalah fase pembelahan sel itu sendiri. Berikut ini adalah penjelasan tentang fase-fase tersebut.



1. Teori Lock-Key Interfase merupakan fase terlama dalam suatu siklus sel. Pada fase ini, terjadi persiapan pembelahan sel, sehingga interfase bukanlah fase istirahat. Interfase meliputi 3 subfase, yaitu sebagai berikut. a. Subfase G-1 (Gap-1 atau Growth-1 = Pertumbuhan Primer) Pada tahap ini, sel mengalami pertumbuhan sehingga tampak lebih besar. Di dalam G-1, terjadi beberapa peristiwa, antara lain sebagai berikut. 1.) Pembesaran ukuran nukleus. 2.) Penambahan sitoplasma. 3.) Pembentukan DNA. 4.) Pembentukan enzim-enzim untuk replikasi DNA. 5.) Pembentukan protein melalui tahap-tahap sintesis protein (transkripsi dan translasi) untuk memacu pembelahan nukleus. 6.) Pembentukan tubulin dan protein untuk membentuk benang spindel atau gelendong inti. G-1 merupakan subfase terlama dalam interfase, yaitu berlangsung sekitar 12–24 jam. Lama tidaknya G-1 bervariasi. Akan tetapi, adakalanya sel tidak mengalami G-1 karena harus segera membelah. Contohnya, pada awal pembentukan embrio manusia. G-1 juga dapat berlangsung sangat lama hingga 151 jam. Contohnya, pada pembelahan sel-sel dewasa akar jagung. Sel-sel somatik yang sudah tidak membelah lagi, seperti sel-sel saraf, hanya berada pada subfase G-1. Menurut beberapa ahli, keadaan ini disebut dengan fase G-0. b. Subfase S (Sintesis) Pada tahap ini, terjadi sintesis dan replikasi DNA, serta pembentukan histon. Selain itu, terjadi pula pembentukan fosfolipid dalam jumlah besar. Fosfolipid akan digunakan sebagai bahan penyusun membran sel dan membran organel-organel sel. Pada akhir subfase S, tiap kromosom sudah tersusun atas dua kromatid saudara (kembar) yang terikat pada satu sentromer. Keadaan ini merupakan aktivitas yang paling penting dalam subfase S. Waktu yang dibutuhkan sel untuk melakukan tahap ini berkisar antara 6–8 jam. c. Subfase G-2 (Gap-2 atau Growth-2 = Pertumbuhan Sekunder) Pada tahap ini, terjadi pembentukan organel-organel sel, pembentukan RNA, dan sintesis protein. Waktu yang dibutuhkan sel untuk melakukan tahap ini berkisar



Pembelahan Sel



3



antara 3–4 jam. Fase ini merupakan fase persiapan akhir untuk proses mitosis. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar dari tahap-tahap interfase berikut.



Gambar 1. Tahap-tahap interfase



Pada akhir interfase, sebuah sel sudah memiliki nukleus dengan satu atau dua anak inti (nukleolus, jamak nukleoli). Di dalam nukleus, terdapat benang-benang kromatin halus dan panjang yang telah terduplikasi. Sementara di luar nukleus, terdapat sepasang sentrosom. Sentrosom adalah organel sel yang memiliki peran dalam pembelahan sel. Sentrosom berfungsi untuk mempertahankan jumlah kromosom dan membantu pemisahan kromosom saat pembelahan sel. Sentrosom hanya terdapat pada sel-sel hewan.



2. Mitosis Mitosis merupakan pembelahan sel yang menghasilkan dua sel anakan yang sama persis dengan sel induk, termasuk jumlah kromosomnya. Jika sel induknya berkromosom diploid (2n), kromosom sel anak juga akan diploid. Tujuan dari pembelahan mitosis adalah untuk memperbanyak jumlah sel. Oleh sebab itu, mitosis disebut juga pembelahan replikasi. Mitosis terjadi pada sel-sel yang aktif membelah karena berada pada masa pertumbuhan. Contohnya, pada sel-sel jaringan embrional hewan atau jaringan meristem tumbuhan. Selain itu, mitosis juga terjadi pada jaringan tubuh yang selselnya mengalami kerusakan sehingga dapat kembali seperti semula. Pembelahan mitosis terdiri atas dua tahap, yaitu kariokinesis (pembelahan inti sel) dan sitokinesis (pembagian sitoplasma). Kariokinesis terdiri atas 5 fase, yaitu profase, prometafase, metafase, anafase, dan telofase. Sementara tahap sitokinesis biasanya dimasukkan dalam tahap telofase.



Pembelahan Sel



4



a. Profase Profase merupakan fase awal dari mitosis. Pada tahap ini, terjadi hal-hal berikut. 1.) Benang-benang kromatin yang tipis dan panjang akan memendek dan menebal menjadi kromosom. Kromosom sudah mengalami penggandaan dan tersusun atas sepasang kromatid saudara yang bersatu di sentromer. 2.) Nukleolus (anak inti) menghilang. 3.) Kedua sentrosom mulai menjauh dan terbentuk benang-benang spindel yang memancar di antara kedua sentrosom. b. Prometafase Pada tahap prometafase, terjadi hal-hal berikut. 1.) Membran inti mulai menghilang. 2.) Benang-benang spindel mulai berinteraksi dengan kromosom. 3.) Sebagian benang spindel berikatan dengan kromosom pada kinetokor di dalam sentromer. Sebagian lagi berhubungan dengan benang spindel dari kutub yang berlawanan. c. Metafase Pada tahap metafase, terjadi hal-hal berikut. 1.) Kromosom menuju bidang ekuatorial pembelahan. 2.) Sentromer dari seluruh kromosom berjajar lurus dalam satu formasi. Tahap metafase disebut juga fase aster (bintang). Hal ini karena jika dilihat dari kutub pembelahan, susunan kromosom akan tampak seperti bintang. Metafase merupakan fase terpendek dari mitosis. d. Anafase Pada tahap anafase, terjadi hal-hal berikut. 1.) Sentromer membelah sehingga masing-masing kromatid saudara dalam setiap kromosom terpisah. 2.) Kromatid saudara kemudian ditarik ke arah kutub yang berlawanan. Pada akhir anafase, seluruh kromatid sudah di kutubnya masing-masing. Tahap anafase disebut juga fase diaster (dua bintang). Hal ini karena jika dilihat dari kutub pembelahan, susunan kromosom akan tampak seperti dua bintang. Pada fase ini, jumlah kromosom paling mudah untuk dihitung. d. Telofase Pada tahap telofase, terjadi hal-hal berikut. 1.) Kromosom-kromosom pada masing-masing kutub kembali menipis menjadi benang-benang kromatin. 2.) Nukleolus dan membran inti terbentuk kembali. 3.) Di bagian ekuator, terjadi penebalan sehingga sitoplasma terbagi menjadi dua (sitokinesis). 4.) Terbentuk dua anak sel baru yang identik dengan sel induk.



Pembelahan Sel



5



Untuk lebih jelasnya, perhatikan tahap-tahap pembelahan mitosis berikut.



Gambar 2. Tahap-tahap pembelahan mitosis



SUPER "Solusi Quipper" Cara mudah mengingat tahap-tahap pembelahan mitosis adalah sebagai berikut. PRABU PROTES MATANYA KENA TELUR (profase – prometafase – metafase – anafase – telofase)



Pembelahan Sel



6



Contoh Soal 1 Suatu sel yang mempunyai 10 kromosom membelah secara mitosis. Banyaknya kromosom pada tahap anafase adalah .... A. 5 B. 10 C. 20 D. 40 E. 80 Jawaban: C Penjelasan: Pada pembelahan mitosis, kromosom akan mengalami duplikasi sehingga jumlahnya menjadi dua kali lipat. Jika mula-mula sel memiliki 10 buah kromosom, pada saat pembelahan akan menjadi 20 buah kromosom. Saat memasuki tahap anafase, terjadi pemisahan kromosom menuju kutub-kutub yang berlawanan. Masing-masing kutub memiliki 10 buah kromosom. Oleh sebab itu, pada anafase, jumlah kromosomnya ada 20 buah.



D. Pembelahan Meiosis Pembelahan meiosis merupakan pembelahan sel yang menghasilkan empat sel anak dengan jumlah kromosom pada setiap sel anak hanya setengah dari sel induknya. Jika sel induk berkromosom diploid (2n), kromosom sel anak menjadi haploid (n). Oleh sebab itu, pembelahan meiosis disebut juga pembelahan reduksi. Pembelahan meiosis terjadi pada pembentukan sel-sel gamet dan pembentukan spora pada tumbuhan. Tujuan dari pembelahan meiosis adalah untuk menjaga agar jumlah kromosom dari generasi ke generasi tetap konstan. Meiosis terdiri atas dua tahap pembelahan yang terjadi secara berurutan, yaitu meiosis I dan meiosis II. Meiosis I terdiri atas 4 fase, yaitu profase I, metafase I, anafase I, dan telofase I. Meiosis II juga terdiri atas 4 fase, yaitu profase II, metafase II, anafase II, dan telofase II. Sebelum meiosis, terlebih dahulu terjadi tahap interfase. Di antara meiosis I dan meiosis II, juga terjadi tahap interkinesis.



Pembelahan Sel



7



1. Interfase Interfase meiosis terjadi sebelum sel memasuki tahap meiosis I. Pada tahap interfase, terjadi hal-hal berikut. a. DNA melakukan replikasi sehingga terbentuk dua salinan DNA. b. Sentrosom bereplikasi menjadi dua buah.



2. Meiosis I Meiosis I merupakan tahap pembelahan reduksi. Hal ini karena pada tahap meiosis terjadi pemisahan kromosom homolog dari sel induk yang bersifat diploid (2n) menjadi dua sel anak yang bersifat haploid (n). Fase-fase pada meiosis I adalah sebagai berikut. a. Profase I Profase I merupakan fase terpanjang pada meiosis I. Fase ini terdiri atas lima subfase sebagai berikut. 1.) Leptoten/leptonema Pada subfase ini, benang-benang kromatin menebal menjadi kromosom. 2.) Zigoten/zigonema Pada subfase ini, terjadi hal-hal berikut. Sentromer membelah menjadi dua, kemudian menuju kutub-kutub yang berlawanan. Kromosom homolog yang berasal dari gamet kedua induk saling mendekat dan berpasangan. Proses ini disebut sinapsis. Pasangan kromosom yang membentuk sinapsis ini disebut bivalen. 3.) Pakiten/pakinema Pada subfase ini, setiap kromosom berduplikasi membentuk dua kromatid dengan sentromer yang masih menyatu. Keadaan ini disebut tetrad. 4.) Diploten/diplonema Pada subfase ini, terjadi hal-hal berikut. Kromosom homolog saling menjauh. Akan tetapi, pada beberapa bagian, terjadi perlekatan atau persilangan seperti huruf x membentuk kiasma (jamak = kiasmata). Pada kiasma, terjadi pindah silang (crossing over) yang mendorong terjadinya kombinasi gen baru (rekombinan). Pindah silang dapat menyebabkan terjadinya variasi individu dalam satu keturunan. 5.) Diakinesis Pada subfase ini, terjadi hal-hal berikut. Nukleolus dan membran inti mulai menghilang. Terbentuk benang-benang spindel di antara kedua sentrosom yang terpisah.



Pembelahan Sel



8



b. Metafase I Pada tahap metafase I, terjadi hal-hal berikut. 1.) Kromosom tetrad menuju bidang ekuatorial sehingga akan tampak 2 barisan kromosom kembar pada bidang ekuatorial. 2.) Benang-benang spindel melekat pada kinetokor masing-masing kromosom. 3.) Sentromer pada kromosom tetrad belum membelah. c. Anafase I Pada tahap anafase I, terjadi hal-hal berikut. 1.) Kromosom homolog yang masing-masing masih berupa kromosom tetrad ditarik oleh benang-benang spindel. Akibatnya, kromosom terpisah satu sama lain menuju kutub-kutub yang berlawanan. 2.) Pemisahan kromosom homolog menyebabkan unit kromosom diploid (2n) terbagi menjadi dua unit kromosom haploid (n). d. Telofase I Pada tahap telofase I, terjadi hal-hal berikut. 1.) Kromosom homolog berada di setiap kutub sehingga masing-masing kutub memiliki satu unit kromosom haploid. 2.) Terjadi sitokinesis sehingga terbentuk dua sel anak yang haploid. Akan tetapi, setiap kromosom masih terdiri atas sepasang kromatid atau dapat dituliskan sebagai 1n, 2c. Artinya, susunan kromosom haploid dengan DNA rangkap atau 2 copy DNA.



3. Interkinesis Interkinesis merupakan suatu tahapan di antara meiosis I dan meiosis II. Pada interkinesis, tidak terjadi replikasi DNA. Hal ini disebabkan setiap sel anak hasil meiosis I masih membawa kromosom-kromosom yang mengandung sepasang kromatid. Ini berarti kandungan DNA pada sel anak tersebut masih rangkap.



4. Meiosis II Meiosis II merupakan tahap pembagian salinan DNA yang masih rangkap. Pembagian ini dilakukan dari sel-sel anak hasil meiosis I pada sel-sel anak hasil meiosis II. Fasefase pada meiosis II adalah sebagai berikut. a. Profase II Pada tahap profase II, terjadi hal-hal berikut. 1.) Kromosom saudara masih berlekatan pada sentromer. 2.) Sentrosom membentuk dua sentriol pada kutub-kutub yang berlawanan. 3.) Benang spindel mulai terbentuk. 4.) Nukleolus dan membran inti hilang.



Pembelahan Sel



9



b. Metafase II Pada tahap ini, kromosom berjajar di bidang ekuatorial dalam satu baris. c. Anafase II Pada tahap anafase II, terjadi hal-hal berikut. 1.) Terjadi pemisahan sentromer sehingga kromosom saudara saling terpisah menjadi kromosom individual. 2.) Setiap kromosom individual yang sudah terpisah akan ditarik ke arah kutubkutub yang berlawanan. d. Telofase II Pada tahap telofase II, terjadi hal-hal berikut. 1.) Kromosom telah berada di kutubnya masing-masing. 2.) Nukleolus dan membran inti terbentuk kembali. 3.) Terjadi sitokinesis sehingga terbentuk empat sel anak yang bersifat haploid. Oleh karena sel anak hanya mengandung satu salinan DNA, maka dapat dituliskan sebagai 1n, 1c. Artinya, susunan kromosom haploid dengan satu salinan DNA atau 1 copy DNA. Untuk lebih jelasnya, perhatikan tahap-tahap pembelahan meiosis berikut. PROFASE Sel IMdiploid (2n)



ETAFASE I



ANAFASE I



Sel diploid (2n)



Kromatid



Kromosom homolog memisah



Kromatid Sesaudara Pindah silang Benang spindel



Bidang ekuatorial



TELOFASE II



METAFASE II



TELOFASE I PROFASE II



haploid Kromatid sesaudara memsiah Sel Sel anak (n) haploid (n)



Terbentuk Terbentuk 2 anak sel 2 anak sel haploid (n) (n) haploid



Sel anak Sel anak haploid (n)haploid (n) Fragmen membran inti



Gambar 3. Tahap-tahap pembelahan meiosis



Pembelahan Sel



10



Pembelahan mitosis dan pembelahan meiosis memiliki beberapa perbedaan. Tabel berikut ini menunjukkan beberapa perbedaan antara pembelahan mitosis dan pembelahan meiosis.



No.



Faktor Pembeda



Pembelahan Mitosis



Pembelahan Meiosis



1.



Jumlah pembelahan



Satu kali



Dua kali



2.



Jumlah sel anak yang



2 buah sel



4 buah sel



Identik dengan sel



Tidak identik dengan



induk



sel induk



Diploid (2n)



Haploid (n)



Memperbanyak jumlah



Mengurangi jumlah



sel



kromosom



Peranan bagi



Menghasilkan sel



Menghasilkan sel



organisme multiseluler



somatik



gamet



dihasilkan 3. 4.



Sifat sel anak Jumlah kromosom sel anak



5. 6.



Tujuan pembelahan



Contoh Soal 2 Peristiwa crossing over (pindah silang) antara kromosom dan pasangan yang homolog terjadi pada fase .... A. profase I B. anafase II C. metafase I D. profase II E. telofase I Jawaban: A Penjelasan: Crossing over (pindah silang) terjadi karena lengan-lengan kromosom homolog yang berada pada tahap tetrad saling bersilangan atau berlekatan pada beberapa tempat. Ini terjadi pada profase I, yaitu pada subfase diploten.



Pembelahan Sel



11



E. Gametogenesis pada Manusia dan Hewan Gametogenesis



adalah



proses pembentukan sel gamet atau sel kelamin yang



berlangsung di dalam organ reproduksi seksual. Gametogenesis dimulai dengan pembelahan mitosis. Tujuan pembelahan mitosis ini adalah untuk memperbanyak jumlah sel induk. Setelah pembelahan mitosis, masing-masing sel induk akan melakukan pembelahan meiosis. Pada manusia dan hewan tingkat tinggi, ada dua macam gametogenesis, yaitu spermatogenesis dan oogenesis.



1. Spermatogenesis Spermatogenesis adalah proses pembentukan sel-sel spermatozoa atau sel gamet jantan. Proses ini terjadi di dalam organ testis dan saluran epididimis. Tahapantahapan dalam spermatogenesis adalah sebagai berikut. a. Sel induk sperma atau spermatogonium memperbanyak diri melalui pembelahan mitosis. Setiap sel spermatogonium bersifat diploid (2n) dengan susunan kromosom 22 AA + XY. b. Spermatogonium kemudian membesar. Setelah itu, kromosom homolog membentuk sinapsis dan mengalami duplikasi sehingga terbentuk kromosom tetrad. Sel ini disebut spermatosit primer atau spermatosit I yang bersifat diploid. c. Spermatosit I mengalami pembelahan meiosis I membentuk dua sel anak yang disebut spermatosit sekunder atau spermatosit II. Spermatosit II bersifat haploid, tetapi kedua sel tersebut memiliki gonosom atau kromosom kelamin yang berbeda. Satu sel spermatosit II mengandung gonosom X dan sel spermatosit II lainnya mengandung gonosom Y. Susunan kromosom pada spermatosit II adalah 22 A + X atau 22 A + Y. d. Kedua sel spermatosit II mengalami pembelahan meiosis II sehingga terbentuk empat sel anak haploid yang disebut spermatid. Proses pembelahan spermatogonium hingga membentuk spermatid berlangsung di dalam testis. e. Spermatid selanjutnya mengalami deferensiasi menjadi sel-sel spermatozoa yang haploid di dalam saluran epididimis. Dari seluruh sel spermatozoa yang dihasilkan, 50% mengandung gonosom X dan 50% mengandung gonosom Y. Oleh sebab itu, jika terjadi pembuahan atau fertilisasi, peluang mendapatkan keturunan laki-laki dan perempuan masing-masing adalah 50%. Dengan demikian, pada spermatogenesis, setiap spermatosit primer akan menghasilkan empat buah sel spermatozoa yang fungsional. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar proses spermatogenesis berikut.



Pembelahan Sel



12



Gambar 4. Proses spermatogenesis



2. Oogenesis Oogenesis adalah proses pembentukan sel ovum atau sel telur atau sel gamet betina. Proses ini terjadi di dalam organ ovarium dan saluran telur (oviduk). Tahapantahapan dalam oogenesis adalah sebagai berikut. a. Sel induk ovum atau oogonium memperbanyak diri melalui pembelahan mitosis. Setiap sel oogonium bersifat diploid (2n) dengan susunan kromosom 22 AA + XX. b. Oogonium melalui pembelahan mitosis membentuk oosit primer atau oosit I yang bersifat diploid. Oosit primer kemudian membesar. Setelah itu, kromosom homolognya membentuk sinapsis dan mengalami duplikasi sehingga terbentuk kromosom tetrad. c. Oosit I mengalami pembelahan meiosis I membentuk dua sel anak yang berukuran tidak sama besar. Sel yang berukuran besar disebut oosit sekunder atau oosit II. Oosit II memiliki hampir seluruh sitoplasma dan kuning telur. Sementara sel yang berukuran kecil disebut badan polar I atau badan kutub I. Badan polar I hanya memiliki kuning telur saja. Oosit I dan badan polar I masing-masing memiliki kromosom haploid dengan susunan 22 A + X. d. Oosit II dan badan polar I selanjutnya akan menuju ke saluran telur. Jika terjadi fertilisasi, oosit II dan badan polar I akan mengalami pembelahan meiosis II. Oosit II akan membelah tidak sama besar. Sel yang besar menjadi ootid dan sel yang kecil menjadi badan polar II. Badan polar I akan membelah menjadi dua sel badan polar II. Ootid kemudian akan mengalami pematangan menjadi ovum yang fungsional, sedangkan ketiga badan polar II akan mengalami degenerasi.



Pembelahan Sel



13



Dengan demikian, pada oogenesis, oosit primer akan menghasilkan satu buah ovum yang fungsional. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar proses oogenesis berikut.



n



O



n



n



n



n



n



n



n



Ovum n



Gambar 5. Proses oogenesis



Contoh Soal 3 Pada peristiwa spermatogenesis, setiap sel spermatogonium akan membentuk .... A. 1 sperma fungsional dan 3 sperma degenerasi B. 2 sperma fungsional dan 2 sperma degenerasi C. 3 sperma fungsional D. 4 sperma fungsional E. 2 sperma fungsional Jawaban: D Penjelasan: Sel spermatogonium akan tumbuh menjadi spermatosit primer. Spermatosit primer selanjutnya akan mengalami pembelahan meiosis I membentuk dua sel spermatosit sekunder. Setelah itu, melalui meiosis II, spermatosit sekunder akan membentuk empat sel spermatid. Keempat sel spermatid ini akan mengalami pematangan menjadi sperma yang fungsional. Jadi, setiap sel spermatogonium akan membentuk empat sperma fungsional.



Pembelahan Sel



14



F. Mikrosporogenesis dan Mikrogametogenesis 1. Mikrosporogenesis Mikrosporogenesis adalah proses pembentukan mikrospora atau serbuk sari yang merupakan alat reproduksi generatif pada tumbuhan. Proses ini berlangsung di dalam kepala sari (anther). Pada mikrosporogenesis, sel induk mikrospora atau mikrosporosit yang diploid akan mengalami pembelahan meiosis I dan meiosis II membentuk empat sel mikrospora yang haploid. Keempat sel mikrospora tersebut mula-mula saling melekat membentuk kelompok tetrad. Setelah itu, akan memisahkan diri jika sudah siap dikeluarkan dari kepala sari.



Gambar 6. Proses mikrosporogenesis



2. Mikrogametogenesis Mikrogametogenesis merupakan proses pembentukan gamet jantan yang ada di dalam serbuk sari. Gamet yang dimaksud adalah inti sel serbuk sari yang nantinya akan membuahi ovum dan inti kandung lembaga sekunder pada bakal biji. Mikrogametogenesis berlangsung di dalam serbuk sari. Setelah itu, dilanjutkan di dalam buluh serbuk sari saat proses penyerbukan terjadi. Tahapan dalam mikrogametogenesis adalah sebagai berikut. a. Mula-mula, serbuk sari hanya memiliki satu inti yang terletak di bagian tepi sel. Setelah itu, inti sel mengalami proses kariokinesis atau pembelahan inti menjadi dua sel, yaitu inti generatif dan inti vegetatif. Inti generatif terletak di tepi sel, sedangkan inti vegetatif lebih di tengah. b. Inti generatif kemudian membelah menjadi dua, yaitu inti generatif 1 dan inti generatif 2. Kedua inti ini disebut juga sel sperma. c. Inti vegetatif berperan sebagai penunjuk jalan bagi kedua inti generatif untuk masuk ke dalam kantong embrio. Inti generatif 1 akan membuahi ovum, sedangkan inti generatif 2 akan membuahi inti kandung lembaga sekunder.



Pembelahan Sel



15



Inti vegetatif Inti generatif Vakuola Inti vegetatif vegetatif Kariokinesis Kariokinesis Inti generatif



Gambar 7. Proses Mikrogametogenesis



Contoh Soal 4 Mikrosporogenesis pada angiospermae (tumbuhan berbiji tertutup) akan menghasilkan .... A. serbuk sari yang diploid B. serbuk sari yang haploid C. sel induk serbuk sari yang diploid D. sel induk serbuk sari yang haploid E. kepala sari (anther) Jawaban: B Penjelasan: Mikrosporogenesis adalah proses pembentukan mikrospora atau serbuk sari yang berlangsung di dalam kepala sari (anther). Pada mikrosporogenesis, sel induk mikrospora yang diploid akan mengalami pembelahan meiosis I dan meiosis II membentuk empat sel mikrospora (serbuk sari) yang haploid.



G. Megasporogenesis dan Megagametogenesis 1. Megasporogenesis Megasporogenesis adalah proses pembentukan megaspora atau bakal biji yang merupakan alat reproduksi generatif pada tumbuhan. Proses ini berlangsung di dalam bakal buah (ovarium). Pada megasporogenesis, sel induk megaspora atau megasporosit yang bersifat diploid akan mengalami pembelahan meiosis I dan meiosis II membentuk empat sel megaspora yang haploid. Tiga dari empat sel megaspora akan mati, sedangkan satu megaspora yang tersisa akan berkembang sempurna. Sel ini memiliki satu inti yang nantinya akan mengalami kariokinesis (pembelahan inti) di dalam tahap megagametogenesis.



Pembelahan Sel



16



Megasporosit



Gambar 8. Proses megasporogenesis



2. Megagametogenesis Megagametogenesis merupakan proses pembentukan gamet betina yang ada di dalam bakal biji. Pada proses ini, inti megaspora akan mengalami pembelahan mitosis tiga kali berturut-turut tanpa diselingi dengan pembelahan sel. Pembelahan inti ini disebut juga kariokinesis. Tahapan dalam megagametogenesis adalah sebagai berikut. a. Inti megaspora mengalami kariokinesis I menjadi 2 inti. b. Kedua inti mengalami kariokinesis II menjadi 4 inti. c. Keempat inti mengalami kariokinesis III menjadi 8 inti. d. Inti yang berjumlah 8 akan mengalami perpindahan tempat atau migrasi menuju ke tiga tempat sebagai berikut. 1.) Tiga inti menuju bagian atas (wilayah kalaza) dari bakal biji dan akan menjadi inti antipoda yang haploid. 2.) Dua inti menuju bagian tengah dari bakal biji dan akan melebur membentuk inti kandung lembaga sekunder yang diploid. 3.) Tiga inti lainnya akan menuju ke bawah (wilayah mikropil) dari bakal biji. Dari 3 inti ini, 2 inti akan menjadi inti sinergid dan 1 inti akan berkembang menjadi ovum. Sinergid dan ovum bersifat haploid.



Pembelahan Sel



17



e. Pada pembuahan ganda, ovum akan dibuahi oleh inti generatif 1 membentuk zigot. Sementara itu, inti kandung lembaga sekunder akan dibuahi oleh inti generatif 2 membentuk endosperma. Endosperma adalah cadangan makanan pada biji.



Ke



Ovum Sinergid



Gambar 9. Proses Megagametogenesis



Contoh Soal 5 Megasporogenesis adalah .... A. proses pembentukan megaspora (bakal biji) melalui pembelahan meiosis di dalam bakal buah B. proses pembentukan megaspora (bakal biji) melalui pembelahan mitosis di dalam bakal buah C. proses pembentukan ovum di dalam bakal biji melalui pembelahan meiosis D. proses pembentukan inti kandung lembaga sekunder di dalam bakal biji melalui pembelahan meiosis E. proses pembentukan sinergid di dalam bakal biji melalui pembelahan meiosis Jawaban: A Penjelasan: Megasporogenesis adalah proses pembentukan megaspora (bakal biji) melalui pembelahan meiosis di dalam bakal buah. Pada proses ini, sel induk megaspora (megasporosit) akan mengalami pembelahan meiosis I dan meiosis II membentuk empat sel megaspora. Tiga sel akan mengalami degenerasi, sedangkan satu sel akan mengalami proses megagametogenesis pada inti selnya.



Pembelahan Sel



18



Kurikulum 2013 Revisi



Kelas XII



B I O LO G I



Pewarisan Sifat Tujuan Pembelajaran



Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami Hukum Mendel I dan Hukum Mendel II. 2. Memahami istilah-istilah dalam persilangan. 3. Dapat menentukan persilangan pada makhluk hidup. 4. Dapat menghitung jumlah gamet yang dihasilkan oleh suatu individu. 5. Dapat menentukan jumlah kemungkinan genotipe dan fenotipe pada suatu individu.



A. Pendahuluan Pada semua organisme termasuk manusia, ada hubungan yang erat antara anak (keturunan) dan induknya. Hubungan ini tampak dalam sifat-sifat yang diturunkan dari induk (orang tua) ke anak-anaknya. Penurunan atau pewarisan sifat terjadi melalui proses fertilisasi antara gamet jantan dan gamet betina. Masing-masing gamet yang membawa sifat kedua induk akan disatukan dalam zigot. Oleh karena itu, sifat kedua induk akan menurun kepada anaknya. Penurunan sifat induk kepada anaknya melalui gen disebut hereditas. Mekanisme hereditas ini mengikuti aturan-aturan tertentu yang disebut pola-pola hereditas. Tokoh penting yang berpengaruh terhadap perkembangan pewarisan sifat adalah Gregor Johann Mendel. Berdasarkan teori-teori yang dikemukakannya, Mendel kemudian dikenal sebagai “Bapak Genetika”. Menurut Mendel, suatu sifat dapat muncul pada satu generasi, namun dapat menghilang pada generasi berikutnya. Mendel meyakini ada faktor pembawa sifat yang dapat diturunkan dari induk kepada keturunannya. Faktor



ini kemudian dikenal dengan nama gen. Setelah melalui beberapa percobaan, Mendel akhirnya menetapkan dua hukum tentang pewarisan sifat, yaitu Hukum Mendel I dan Hukum Mendel II. Sebelum maupun sesudah terbitnya buku Mendel, ada beberapa teori lain tentang pewarisan sifat sebagai berikut. 1. Teori darah Teori ini menyatakan pewarisan sifat dari induk kepada keturunannya terjadi melalui darah. Akan tetapi, teori ini dapat dipatahkan setelah ditemukannya transfusi darah. Hal ini terjadi karena darah yang diterima oleh pasien tidak mengubah sifat pasien menjadi seperti sifat pendonornya. 2. Teori preformasi Teori ini menyatakan pewarisan sifat terjadi melalui sel gamet yang di dalamnya terdapat makhluk hidup kecil sebagai calon individu baru. 3. Teori epigenesis Teori ini menyatakan pewarisan sifat terjadi melalui sel telur yang telah dibuahi oleh sel sperma. Sel telur ini selanjutnya akan mengalami pertumbuhan secara bertahap menjadi individu baru. 4. Teori pangenesis Teori ini menyatakan setelah ovum dibuahi oleh sel sperma, di dalam ovum tersebut terdapat tunas-tunas yang tumbuh menjadi makhluk hidup baru. Melalui makhluk hidup baru inilah pewarisan sifat dapat terjadi. 5. Teori Heckel Teori ini menyatakan pewarisan sifat adalah tanggung jawab dari substansi inti sel sperma/spermatozoid.



B. Hukum Mendel I Hukum Mendel I disebut juga hukum segregasi (pemisahan). Prinsip dari hukum segregasi adalah gen-gen yang mengendalikan suatu sifat atau ciri tertentu akan memisah saat terjadi pembentukan gamet. Hukum Mendel I dapat dibuktikan pada persilangan monohibrid, yaitu persilangan dengan satu sifat beda. Contohnya, pada persilangan kacang ercis berbunga ungu dengan kacang ercis berbunga putih. Mendel memilih tanaman kacang ercis sebagai objek penelitiannya karena alasan berikut.



Pewarisan Sifat



2



1. Kacang ercis memiliki banyak varietas dengan pasangan yang kontras, misalnya: a. warna bunga: ungu atau putih; b. bentuk biji: bulat atau keriput; c. ukuran batang: panjang atau pendek; d. warna biji: kuning atau hijau; e. posisi bunga: aksial atau terminal; dan f. warna polong: hijau atau kuning. 2. Dapat melakukan penyerbukan sendiri (autogami). 3. Mudah dilakukan penyerbukan silang. 4. Menghasilkan banyak keturunan. 5. Cepat menghasilkan biji. Untuk memudahkan mengingat alasan Mendel memilih kacang ercis sebagai objek penelitiannya, kamu dapat menggunakan SUPER "Solusi Quipper" berikut.



SUPER "Solusi Quipper" Mendel memilih Ercis karena BaVer minum susu Bubuk Sendirian di Silang Monas, kemudian Turun hujan Biji. Banyak varietas, penyerbukan sendiri, mudah disilangkan, banyak menghasilkan keturunan, dan cepat menghasilkan biji)



Dalam eksperimennya, Mendel menyilangkan kacang ercis berbunga ungu dengan kacang ercis berbunga putih. Hasil keturunan I seluruhnya berbunga ungu. Jika bunga ungu keturunan I (F1) disilangkan dengan sesamanya, akan dihasilkan keturunan II (F2) yang terdiri atas bunga ungu 75% dan bunga putih 25%.



C. Hukum Mendel II Hukum Mendel II disebut juga hukum pengelompokan secara bebas. Prinsip hukum pengelompokan secara bebas adalah apabila ada dua pasang alel dalam suatu persilangan, ciri atau sifat yang diberikan oleh alel akan membentuk pengelompokan secara bebas terhadap sesamanya. Hukum Mendel II dapat dibuktikan pada persilangan dihibrid, yaitu persilangan dengan dua sifat beda. Contohnya, pada persilangan kacang ercis biji bulat warna ungu dengan kacang ercis biji keriput warna putih.



Pewarisan Sifat



3



Dalam eksperimennya, Mendel menyilangkan tanaman kacang ercis biji bulat warna kuning dengan kacang ercis biji keriput warna hijau. Ternyata, seluruh keturunan I berbiji bulat warna kuning. Jika keturunan I (F1) disilangkan dengan sesamanya, akan dihasilkan keturunan II (F2) dengan fenotipe bulat kuning, bulat hijau, keriput kuning, dan keriput hijau dengan perbandingan 9 : 3 : 3 : 1.



D. Istilah-Istilah dalam Persilangan Untuk mempelajari pola-pola hereditas, terdapat beberapa istilah yang harus diketahui terlebih dahulu, yaitu sebagai berikut. 1. Parental (P) Parental merupakan induk jantan dan induk betina yang disilangkan. Induk pada persilangan pertama disebut P1, sedangkan induk pada persilangan kedua disebut P2 dan seterusnya. P2 merupakan persilangan antarketurunan yang dihasilkan. 2. Gamet (G) Gamet adalah sel kelamin jantan dan sel kelamin betina yang berperan pada persilangan. 3. Filial (F) Filial merupakan hasil persilangan atau keturunan atau anak. Keturunan pertama disebut F1, keturunan kedua disebut F2, dan seterusnya. 4. Gen Gen merupakan faktor pembawa sifat. Gen dapat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu gen dominan penuh, gen dominan tidak penuh (intermediet), dan gen resesif. Gen dominan penuh adalah gen yang kuat, sedangkan gen resesif adalah gen yang lemah. Gen dominan penuh ditulis dengan huruf besar, sedangkan gen resesif ditulis dengan huruf kecil. Sifat dari gen dominan penuh akan menutup sifat dari gen resesif jika keduanya bersama-sama. Contohnya, pada gen M yang menentukan warna bunga merah dan gen m yang menentukan warna bunga putih. Jika keduanya bersama-sama, Mm akan berwarna merah, bukan putih. Untuk gen dominan tidak penuh (intermediet), jika dalam keadaan homozigot (pasangan gen dan alelnya identik), sifat yang muncul adalah sifat gen itu sendiri. Akan tetapi, jika dalam keadaan heterozigot (pasangan gen dan alelnya tidak identik), sifat yang muncul adalah sifat antara gen dominan dan resesif. Contohnya, pada gen H yang menentukan warna bulu hitam dan gen h yang menentukan warna bulu putih. Jika keduanya bersama-sama, Hh akan berwarna abu-abu.



Pewarisan Sifat



4



5. Alel Alel merupakan pasangan gen yang terdapat pada kromosom homolog dari kedua induknya. Alel menunjukkan sifat alternatif sesamanya, seperti sifat halus dengan kasar, tinggi dengan pendek, bulat dengan lonjong, dan sebagainya. Pasangan gen sealel dituliskan dengan huruf sejenis, tetapi dapat berupa huruf besar atau huruf kecil. Contoh adalah AA, Aa, aa, BB, Bb, dan seterusnya. 6. Genotipe Genotipe adalah sifat tidak tampak yang ditentukan oleh gen dalam suatu individu. Genotipe merupakan faktor pembawa sifat dari kedua induknya. Ada tiga macam genotipe sebagai berikut. a. Genotipe homozigot dominan, misalnya BB. b. Genotipe heterozigot, misalnya Bb. c. Genotipe homozigot resesif, misalnya bb. 7. Fenotipe Fenotipe merupakan sifat organisme yang muncul atau dapat diamati. Contohnya, warna bunga, bentuk biji, bentuk daun, warna bulu, dan sebagainya. Penampakan sifat pada fenotipe dapat dipengaruhi oleh faktor gen dan faktor lingkungan. 8. Karakter Karakter merupakan istilah yang digunakan oleh para ahli genetika untuk menjelaskan sifat yang dapat diturunkan. Misalnya, warna bunga, bentuk biji, atau bentuk daun.



Contoh Soal 1 Berdasarkan Hukum Mendel II, genotipe PpQQRr tidak akan membentuk gamet .... A. pqR B. PQR C. PQr D. pQR E. pQr Jawaban: A Penjelasan: Menurut Hukum Mendel II, setiap pasangan alel mula-mula akan memisah dari pasangannya. Setelah itu, setiap alel yang sudah berpisah akan mengelompok dengan



Pewarisan Sifat



5



alel-alel yang lain. Pada soal tersebut, pengelompokan secara bebas pada genotipe PpQQRr akan membentuk gamet PQR, PQr, pQR, dan pQr. Genotipe QQ hanya memiliki gen Q saja, sehingga tidak mungkin membentuk gamet yang mengandung gen q.



Contoh Soal 2 Keadaan genetik dari suatu individu atau populasi dan merupakan faktor pembawa sifat dari kedua induknya disebut .... A. genotipe B. fenotipe C. alel D. gamet E. filial Jawaban: A Penjelasan: Genotipe adalah keadaan genetik dari suatu individu atau populasi dan termasuk faktor pembawa sifat dari kedua induknya. Genotipe merupakan faktor yang tidak dapat dilihat dan dilambangkan dengan huruf-huruf tertentu.



E. Persilangan Monohibrid Persilangan monohibrid adalah persilangan dengan satu sifat beda yang merupakan satu pasangan alel. Berikut ini adalah contoh persilangan monohibrid dominansi penuh.



Tanaman tomat buah bulat disilangkan dengan tanaman tomat buah lonjong. Sifat bulat ditentukan oleh gen B dan bersifat dominan terhadap sifat lonjong yang ditentukan oleh gen b. Keturunan I seluruhnya berbuah bulat. Jika tanaman hasil keturunan I disilangkan dengan sesamanya, pada keturunan II akan diperoleh tanaman tomat buah bulat sebanyak 75% dan tanaman tomat buah lonjong sebanyak 25%.



Pewarisan Sifat



6



Diagram untuk persilangan monohibrid tersebut adalah sebagai berikut.



P1



:



BB











Buah bulat



G1



:



F1



: :



G2



bb Buah lonjong



B



P2



×



Bb



100% buah bulat



Bb



b



×



Buah bulat



:



B, b



Bb Buah bulat







B, b



F2 :



B b



B



b



BB



Bb



Buah bulat



Buah bulat



Bb



bb



Buah bulat



Buah lonjong



Perbandingan genotipe F2 = BB : Bb : bb = 1 : 2 : 1 Perbandingan fenotipe F2 = buah bulat : buah lonjong = 75% : 25% = 3 : 1



Untuk lebih jelasnya, peristiwa persilangan monohibrid tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. 1. Tanaman buah bulat bersifat dominan. Tanaman buah bulat betina pada induk pertama (P1) memiliki genotipe homozigot BB. Dengan demikian, pada saat pembentukan gamet, terjadi pemisahan pasangan alel BB dan terbentuklah satu macam gen B. 2. Tanaman buah lonjong bersifat resesif. Tanaman buah lonjong jantan pada induk pertama (P1) memiliki genotipe homozigot bb. Dengan demikian, saat pembentukan gamet, terjadi pemisahan pasangan alel bb dan terbentuklah satu macam gen b. 3. Terjadi fertilisasi antara gamet betina B dan gamet jantan b sehingga dihasilkan keturunan pertama (F1) yang seluruhnya atau 100% bergenotipe Bb dan berfenotipe buah bulat. 4. F1 kemudian disilangkan dengan sesama F1 sebagai parental kedua (P2). Saat pembentukan gamet, setiap pasangan alel Bb berpisah. Dengan demikian, terbentuk dua macam gamet jantan (B dan b) dan dua macam gamet betina (B dan b).



Pewarisan Sifat



7



5. Jika keempat gamet tersebut mengalami fertilisasi, akan terjadi pertemuan silang antara keempat gamet sehingga terbentuk keturunan F2 yang bergenotip BB, Bb, dan bb. Genotipe BB dan Bb berfenotipe buah bulat, sedangkan genotipe bb berfenotipe buah lonjong. 6. Perbandingan genotipe pada F2 adalah BB : Bb : bb = 1 : 2 : 1. Sementara perbandingan fenotipenya adalah buah bulat : buah lonjong = 3 : 1.



Contoh Soal 3 Tanaman kacang ercis berbunga ungu disilangkan dengan tanaman kacang ercis berbunga putih. Sifat ungu dominan terhadap sifat putih. Ternyata, seluruh keturunan F1 berbunga ungu. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya dan diperoleh 100 tanaman, jumlah tanaman yang berbunga ungu homozigot adalah … tanaman. A. 25 B. 20 C. 10 D. 30 E. 50 Jawaban: A Penjelasan: Persilangan pada soal merupakan persilangan monohibrid. Diagram untuk persilangan monohibrid tersebut adalah sebagai berikut. P1



:



UU



×



uu



Ungu Putih G1 : U u F1



:



Uu







100% bunga ungu



P2



Uu



:



×



Uu



Ungu Ungu G2 : U U u u F2



:



UU



= bunga ungu = 25%







Uu



= bunga ungu = 50%







uu



= bunga putih = 25%



Dengan demikian, diperoleh: Keturunan homozigot UU = 25% × 100 = 25 tanaman. Jadi, jumlah tanaman yang berbunga ungu homozigot adalah 25 tanaman.



Pewarisan Sifat



8



Contoh Soal 4 Kucing berbulu hitam disilangkan dengan kucing berbulu putih. Ternyata, seluruh F1 berbulu hitam. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, perbandingan genotipe pada F2nya adalah .... A. HH : Hh : hh = 1 : 2 : 1 B. HH : Hh : hh = 1 : 1 : 2 C. HH : Hh : hh = 2 : 1 : 1 D. HH : Hh = 2 : 1 E. Hh : hh = 1 : 1 Jawaban: A Penjelasan: Persilangan pada soal merupakan persilangan monohibrid. Diagram untuk persilangan monohibrid tersebut adalah sebagai berikut. P1



:







HH



×



Hitam







hh Putih



G1 : H h F1



:



P2 :



Hh Hitam



Hh Hitam



× Hh











Hitam



G2 : H H h h F2



:



HH = bulu hitam = 25%







Hh = bulu hitam = 50%







hh = bulu putih = 25%



Dengan demikian, diperoleh: Perbandingan genotipe pada F2 = HH : Hh : hh = 1 : 2 : 1. Jadi, perbandingan genotipe pada F2-nya adalah HH : Hh : hh = 1 : 2 : 1.



F. Persilangan Dihibrid Persilangan dihibrid adalah persilangan dengan dua sifat beda yang merupakan dua pasangan alel. Berikut ini adalah contoh persilangan dihibrid dominansi penuh.



Pewarisan Sifat



9



Tanaman tomat buah bulat batang tinggi disilangkan dengan tanaman tomat buah lonjong batang pendek. Sifat bulat ditentukan oleh gen B dan bersifat dominan terhadap sifat lonjong yang ditentukan oleh gen b. Sementara itu, sifat tinggi ditentukan oleh gen T dan bersifat dominan terhadap sifat pendek yang ditentukan oleh gen t. Keturunan I seluruhnya berbuah bulat batang tinggi. Jika tanaman hasil keturunan I disilangkan dengan sesamanya, pada keturunan F2 akan diperoleh tanaman tomat dengan fenotipe bulat tinggi, bulat pendek, lonjong tinggi, dan lonjong pendek dengan perbandingan 9 : 3 : 3 : 1. Diagram untuk persilangan dihibrid tersebut adalah sebagai berikut.



P1



:















P2 :











bbtt



Buah lonjong batang pendek



BT



:







×



Buah bulat batang tinggi



G1 : F1



BBTT



bt



BbTt



100% Buah bulat batang tinggi



BbTt



×



Buah bulat batang tinggi







BbTt



Buah bulat batang tinggi



G2 : BT, Bt, bT, bt



BT, Bt, bT, bt



F2 :



BT Bt bT bt



BT



Bt



bT



bt



BBTT



BBTt



BbTT



BbTt



Bulat tinggi



Bulat tinggi



Bulat tinggi



Bulat tinggi



BBTt



BBtt



BbTt



Bbtt



Bulat tinggi



Bulat pendek



Bulat tinggi



Bulat pendek



BbTT



BbTt



bbTT



bbTt



Bulat tinggi



Bulat tinggi



lonjong tinggi



lonjong tinggi



BbTt



Bbtt



bbTt



bbtt



Bulat tinggi



Bulat pendek



lonjong tinggi



lonjong pendek



Perbandingan genotipe F2 = BBTT : BBTt : BBtt : BbTT : BbTt : Bbtt : bbTT : bbTt : bbtt



1



:



2



:



1 :



2



:



4



: 2



:



1 : 2



: 1



Perbandingan fenotipe F2 = bulat tinggi : bulat pendek : lonjong tinggi : lonjong pendek



9



:



3



:



3



:



1



Pewarisan Sifat



10



Untuk lebih jelasnya, peristiwa persilangan dihibrid tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. 1. Tanaman tomat buah bulat batang tinggi bersifat dominan. Tanaman tomat buah bulat batang tinggi betina pada induk pertama (P1) memiliki genotipe homozigot BBTT. Terjadi pemisahan alel secara bebas sehingga BB berpisah menjadi B dan B, sedangkan TT berpisah menjadi T dan T. Saat pembentukan gamet betina, terjadi penggabungan alel secara bebas sehingga terbentuk gamet BT. 2. Tanaman tomat buah lonjong batang pendek bersifat resesif. Tanaman tomat buah lonjong batang pendek jantan pertama (P1) memiliki genotipe bbtt. Terjadi pemisahan alel secara bebas, yaitu bb berpisah menjadi b dan b, sedangkan tt berpisah menjadi t dan t. Saat pembentukan gamet, terjadi penggabungan alel secara bebas sehingga terbentuk gamet bt. 3. Terjadi fertilisasi antara gamet betina BT dan gamet jantan bt sehingga dihasilkan keturunan pertama (F1) yang seluruhnya atau 100% bergenotipe BbTt dan berfenotipe buah bulat batang tinggi. 4. F1 kemudian disilangkan dengan sesama F1 sebagai parental kedua (P2). Saat pembentukan gamet, setiap pasangan alel memisah dan bergabung secara bebas dengan alel bukan pasangannya. Dengan demikian, akan terbentuk empat macam gamet jantan (BT, Bt, bT, dan bt) dan empat macam gamet betina (BT, Bt, bT, dan bt). 5. Jika keempat pasang gamet tersebut mengalami fertilisasi, akan terjadi pertemuan silang antara mereka sehingga terbentuk keturunan F2 dengan 9 macam genotipe dan 4 macam fenotipe. 6. Perbandingan genotipe pada F2 adalah BBTT : BBTt : BBtt : BbTT : BbTt : Bbtt : bbTT : bbTt : bbtt = 1 : 2 : 1 : 2 : 4 : 2 : 1 : 2 : 1. Sementara perbandingan fenotipenya adalah bulat tinggi : bulat pendek : lonjong tinggi : lonjong pendek = 9 : 3 : 3 : 1.



Contoh Soal 5 Kelinci hitam ekor panjang disilangkan dengan kelinci putih ekor panjang. Jika diperoleh keturunan dengan perbandingan hitam ekor panjang : putih ekor panjang : hitam ekor pendek : putih ekor pendek = 3 : 3 : 1 : 1, genotipe kedua induknya adalah .... A. HhPp >< hhPp B. HHpp >< hhpp C. HHpp >< hhPp D. Hhpp >< hhPp E. HHPP >< HhPp Jawaban: A



Pewarisan Sifat



11



Penjelasan: Berdasarkan informasi pada soal, dapat diketahui beberapa hal berikut. Jumlah angka perbandingannya adalah 3 + 3 + 1 + 1 = 8. Ini berarti, persilangan yang terjadi adalah antara dua individu yang heterozigotik, dengan salah satunya heterozigotik untuk dua sifat dan satunya lagi heterozigotik untuk satu sifat. Kelinci hitam ekor panjang dapat bersifat heterozigotik untuk dua sifat karena hitam dan panjang bersifat dominan. Kelinci putih ekor panjang bersifat heterozigotik untuk satu sifat saja, yaitu ekor panjang. Hal ini karena panjang bersifat dominan, sedangkan putih bersifat resesif. Dengan demikian, kelinci hitam ekor panjang bergenotipe HhPp dan menghasilkan empat macam gamet. Sementara itu, kelinci putih ekor panjang bergenotipe hhPp dan menghasilkan 2 macam gamet. Persilangan yang terjadi adalah sebagai berikut. P



: HhPp







Hitam panjang



×



hhPp Putih panjang



G : HP hP Hp hp hP hp F :



hP hp



HP



Hp



hP



hp



HhPP



HhPp



hhPP



hhPp



Hitam panjang



Hitam panjang



putih panjang



putih panjang



HhPp



Hhpp



hhPp



hhpp



Hitam panjang



Hitam pendek



Putih panjang



Putih pendek



Perbandingan fenotipe yang diperoleh adalah sebagai berikut. Hitam panjang : putih panjang : hitam pendek : putih pendek = 3 : 3 : 1 : 1. Jadi, genotipe kedua induknya adalah HhPp >< hhPp.



Contoh Soal 6 Pada marmot, warna bulu hitam dominan terhadap warna bulu albino dan bulu kasar dominan terhadap bulu halus. Marmot bulu hitam kasar disilangkan dengan marmot bulu albino halus menghasilkan keturunan F1 yang semuanya berbulu hitam kasar. Jika marmot keturunan F1 disilangkan dengan marmot yang albino halus, kemungkinan diperoleh keturunan berbulu kasar sebanyak ....



Pewarisan Sifat



12



A. 6,25% B. 12,5% C. 25% D. 50% E. 75% Jawaban: D Penjelasan: Persilangan pada soal merupakan persilangan dihibrid. Diagram untuk persilangan dihibrid tersebut adalah sebagai berikut. P1 : HHKK × hhkk Hitam kasar Albino halus G1 : HK hk F1



:







HhKk Hitam kasar



P2 : HhKk × hhkk Hitam kasar Albino halus G2



:



HK











hk



Hk hK hk F2 :



hk



HK



Hk



hK



hk



HhKk



Hhkk



hhKk



hhkk



Hitam kasar



Hitam halus



Albino kasar



Albino halus



Pada F2, diperoleh keturunan sebagai berikut. HhKk → hitam kasar = 1 Hhkk → hitam halus = 1 hhKk → albino kasar = 1 hhkk → albino halus = 1 Dari hasil tersebut, diketahui yang berbulu kasar ada dua, yaitu hitam kasar dan albino 2 kasar. Dengan demikian, jumlah keturunan yang berbulu kasar adalah × 100% = 50%. 4 Jadi, jika marmot keturunan F1 disilangkan dengan marmot yang albino halus, kemungkinan diperoleh keturunan berbulu kasar sebanyak 50%.



Pewarisan Sifat



13



SUPER "Solusi Quipper" Hasil persilangan antara keturunan F1 dan induk resesif selalu memiliki perbandingan fenotipe yang setara antarketurunan yang dihasilkan. Contoh: Aa × aa → Aa : aa = 1 : 1 AaBb × aabb → AaBb : Aabb : aaBb : aabb = 1 : 1 : 1 : 1 AaBbCc × aabbcc → AaBbCc : AaBbcc : AabbCc : Aabbcc : aaBbCc : aaBbcc : aabbCc : aabbcc 1



:



1



:



1



:



1



:



1



:



1



:



1



:



1



Banyaknya angka 1 yang harus dituliskan dalam perbandingan dapat langsung ditentukan dengan melihat genotipe F1-nya. •



Jika monohibrid, berarti jumlah angka 1 = 21 = 2.



•



Jika dihibrid, berarti jumlah angka 1 = 22 = 4.



•



Jika trihibrid, berarti jumlah angka 1 = 23 = 8 dan seterusnya.



Dengan cara ini, kamu tidak perlu menyilangkan terlebih dulu.



G. Persilangan Testcross, Backcross, dan Resiprok 1. Persilangan Testcross Persilangan testcross atau uji silang adalah persilangan antara individu yang belum diketahui genotipenya (apakah homozigot atau heterozigot) dan induk yang bergenotipe resesif. Adapun tujuan dari testcross adalah untuk menguji apakah suatu individu yang berfenotipe dominan memiliki genotipe homozigot atau heterozigot. Jika keturunan hasil testcross tidak memisah atau berfenotipe seragam, individu yang diuji memiliki genotipe homozigot atau bergalur murni. Akan tetapi, jika keturunannya memisah 1 : 1 atau memiliki lebih dari satu fenotipe, individu yang diuji bersifat heterozigot. Selain itu, testcross juga bertujuan untuk mengetahui jenis gamet yang dihasilkan oleh individu yang genotipenya belum diketahui. Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh persilangan testcross berikut. Bunga mawar merah disilangkan dengan bunga warna putih. Warna merah ditentukan oleh gen M dan bersifat dominan terhadap warna putih yang ditentukan oleh gen m. Ada dua kemungkinan genotipe untuk warna merah, yaitu MM atau Mm.



Pewarisan Sifat



14



Kemungkinan 1: Jika genotipe bunga merah adalah homozigot (MM) P1



:



MM







×



mm







Merah



Putih



G1



:



M



m



F1



:



Mm







Merah



Oleh karena seluruh keturunannya berwarna merah, maka bunga tersebut memiliki genotipe homozigot atau termasuk suatu galur murni. Kemungkinan 2: Jika genotipe bunga merah adalah heterozigot (Mm). P1



:



Mm



×



mm



Merah Putih G1



:



M, m



m



F1 : m M m



Mm merah mm putih



Perbandingan genotipe pada F1 = Mm : mm = 1 : 1 Perbandingan fenotipe pada F1 = merah : putih = 1 : 1 Oleh karena pada keturunannya terbentuk dua macam fenotipe, yaitu merah dan putih, maka bunga tersebut memiliki genotipe heterozigot. Dari contoh tersebut, dapat disimpulkan bahwa pada persilangan testcross, jika keturunannya berfenotipe seragam, individu yang diuji memiliki genotipe homozigot atau bergalur murni. Akan tetapi, jika keturunannya memiliki lebih dari satu fenotipe, individu yang diuji bersifat heterozigot.



2. Persilangan Backcross Persilangan backcross atau silang balik adalah persilangan antara suatu individu dan salah satu induknya. Tujuan dari persilangan backcross adalah untuk mendapatkan kembali sifat-sifat galur murni, baik yang bergenotipe homozigot dominan maupun bergenotipe homozigot resesif. Backcross akan menghasilkan progeni, yaitu keturunan yang berasal dari sumber yang sama. Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh persilangan backcross berikut ini.



Pewarisan Sifat



15



Tanaman padi berbiji pulen disilangkan dengan tanaman padi berbiji tidak pulen. Sifat pulen ditentukan oleh gen P dan bersifat dominan terhadap sifat tidak pulen yang ditentukan oleh gen p. Terhadap F1 dilakukan backcross. Ada dua macam induk yang dapat digunakan, yaitu induk dominan dan induk resesif. Kemungkinan 1: Jika disilangkan dengan induk dominan P1



: PP











×



pp



Biji pulen



Biji tidak pulen



G1



: P



F1



:







p



Pp Biji pulen



Backcross : PP







×







Pp







(P1)







(F1)



Progeni



: PP







Pp



Perbandingan genotipe = PP : Pp = 1 : 1 Perbandingan fenotipe = seluruh keturunan berfenotipe biji pulen meskipun genotipenya berbeda. Kemungkinan 2: Jika disilangkan dengan induk resesif P1



: PP







×



Biji pulen



G1



: P



F1



:







Biji tidak pulen p



Pp Biji pulen



Backcross : Pp Progeni



pp



:



×



pp



(F1)







(P1)



Pp







pp



Perbandingan genotipe = Pp : pp = 1 : 1 Perbandingan fenotipe = biji pulen : biji tidak pulen = 1 : 1 Dari contoh tersebut, dapat disimpulkan bahwa pada backcross, jika F1 disilangkan dengan induk yang dominan, akan dihasilkan genotipe dengan perbandingan 1 : 1 dan fenotipenya 100% seragam. Akan tetapi, jika F1 disilangkan dengan induk yang resesif, perbandingan genotipe dan fenotipenya akan sama, yaitu 1 : 1.



Pewarisan Sifat



16



3. Persilangan Resiprok Persilangan resiprok atau persilangan ulang adalah persilangan dengan menukarkan jenis kelamin. Perbandingan fenotipe dan genotipe hasil persilangan ini tidak akan berubah selama gen-gen yang disilangkan tidak terpaut pada kromosom kelamin. Akan tetapi, jika gen tersebut terpaut pada kromosom kelamin, perbandingan keturunannya akan berubah. Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh persilangan resiprok berikut ini. Kacang ercis bunga ungu disilangkan dengan kacang ercis bunga putih. Sifat ungu ditentukan oleh gen U dan bersifat dominan terhadap sifat putih yang ditentukan oleh gen u. Terhadap parental pertama (P1) dilakukan persilangan resiprok. Persilangan 1: Kacang ercis ungu jantan dengan kacang ercis putih betina P1 :



UU



×







uu



Bunga ungu Bunga putih G1 : U u F1



:







Uu 100% berbunga ungu



P2 : Uu × Uu



Bunga ungu



Bunga ungu



F2 :



U u



U



u



UU



Uu



Bunga ungu



Bunga ungu



Uu



uu



Bunga ungu



Bunga putih



Perbandingan genotipe F2 = UU : Uu : uu = 1 : 2 : 1 Perbandingan fenotipe F2 = bunga ungu : bunga putih = 3 : 1



Pewarisan Sifat



17



Persilangan 2: Kacang ercis ungu betina dengan kacang ercis putih jantan P1 : UU ×



uu



Bunga ungu Bunga putih G1 : U u F1



:







Uu 100% berbunga ungu



P2 : Uu × Uu



Bunga ungu



Bunga ungu



F2 :



U u



U



u



UU



Uu



Bunga ungu



Bunga ungu



Uu



uu



Bunga ungu



Bunga putih



Dari contoh tersebut, dapat disimpulkan bahwa pada persilangan resiprok, tidak terjadi perubahan perbandingan genotipe maupun fenotipe pada keturunannya.



H. Menghitung Jumlah Macam Gamet, Genotipe, dan Fenotipe 1. Menghitung Jumlah Macam Gamet Jumlah macam gamet yang dihasilkan oleh suatu individu dapat dihitung dengan menggunakan rumus 2n, n adalah banyaknya sifat beda atau banyaknya pasangan alel heterozigot yang bebas memisah. Contoh: Jika ada individu bergenotipe AaBBcc, hitunglah pasangan alel yang heterozigot saja. Jawab: Pada soal, pasangan alel yang heterozigot hanya satu, yaitu Aa. Dengan demikian, jumlah macam gamet yang dihasilkan = 21 = 2. Macam gamet yang dihasilkan tersebut adalah ABc dan aBc.



2. Menentukan Jumlah Kemungkinan Genotipe dan Fenotipe pada F2 Berdasarkan Jumlah Sifat Bedanya Jumlah kemungkinan genotipe dan fenotipe pada F2 berdasarkan jumlah sifat bedanya (monohibrid, dihibrid, trihibrid, dan seterusnya) dapat dilihat pada tabel berikut ini.



Pewarisan Sifat



18



Jumlah



Jumlah



Jumlah



Jumlah



Jumlah Sifat



Macam



Macam



Macam



Perbandingan



Perbandingan



Beda



Gamet F1



Genotipe F2



Fenotipe F2



F2



Fenotipe F2



1 monohibrid)



21 = 2



31 = 3



2



4



3:1



2 (dihibrid)



22 = 4



32 = 9



4



16



9:3:3:1



3 (trihibrid)



23 = 8



33 = 27



8



64



27 : 9 : 9 : 9 : 3 :3:3:1



4 (tetrahibrid )



24 = 16



34 = 81



16



256



81 : 27 : 27 : 27 : 27 : 9 : 9 : 9:9:9:9:3: 3:3:3:1



n



2n



3n



2n



4n



Untuk menentukan macam fenotipe, dapat digunakan rumus segitiga Pascal seperti tabel berikut ini.



Jumlah Sifat Beda



Kemungkinan Macam Fenotipe



Jumlah Macam Fenotipe



1



1 1



2



2



1 2 1



4



3



1 3 3 1



8



4



1 4 6 4 1



16



n



2n



Pewarisan Sifat



19



Contoh Soal 7 Cara yang dapat dilakukan untuk mengetahui suatu individu bergenotipe homozigot atau heterozigot adalah .... A. persilangan testcross B. persilangan resiprok C. mengamati fenotipe induk dominan D. mengamati fenotipe kedua induknya E. mengamati fenotipe individu tersebut Jawaban: A Penjelasan: Persilangan testcross atau uji silang adalah persilangan antara individu yang belum diketahui genotipenya (apakah homozigot atau heterozigot) dan induk yang bergenotipe resesif. Oleh karena itulah, persilangan ini dapat digunakan untuk mengetahui jenis genotipe suatu individu.



Contoh Soal 7 Jumlah macam kemungkinan fenotipe F2 pada perkawinan trihibrid adalah .... A. 2 B. 4 C. 8 D. 16 E. 32 Jawaban: C Penjelasan: Individu trihibrid masing-masing akan menghasilkan 23 = 8 macam gamet. Jika terjadi persilangan di antara dua individu trihibrid, kemungkinan macam fenotipe F2 yang diperoleh adalah 23 = 8 macam dengan perbandingan fenotipe 27 : 9 : 9 : 9 : 3 : 3 : 3 : 1.



Pewarisan Sifat



20



Kurikulum 2006/2013



biologi



Kel a s



XII



PENYIMPANGAN HUKUM MENDEL I Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Mengetahui jenis-jenis penyimpangan hukum Mendel. 2. Memahami jenis-jenis penyimpangan hukum Mendel yang meliputi kodominan, dominansi tidak sempurna, alel ganda, alel letal, atavisme, kriptomeri, dan epistasishipostasis. 3. Dapat menyelesaikan soal-soal yang berkaitan dengan penyimpangan hukum Mendel.



A. Pola-Pola Hereditas Pewarisan sifat dari induk kepada keturunannya melalui gen disebut hereditas. Mekanisme hereditas ini mengikuti aturan-aturan tertentu yang disebut pola-pola hereditas. Seorang sarjana Amerika bernama Walter Stanborough Sutton berhasil menjelaskan bahwa polapola hereditas terjadi karena hal-hal berikut. 1.



Gen merupakan karakteristik yang diturunkan. Oleh karena itu, meskipun terjadi mitosis dan meiosis, bentuk dan identitas setiap gen di dalam kromosom adalah tetap.



2.



Saat terjadi meiosis, kedua perangkat kromosom yang berasal dari kedua induk akan memisah secara bebas. Kromosom tersebut kemudian mengelompok dengan kromosom lain yang bukan homolognya.



3.



Jumlah kromosom yang terkandung dalam ovum dan sperma adalah sama (bersifat haploid), yaitu setengah dari jumlah kromosom sel tubuh induknya.



4.



Individu hasil pembuahan antara ovum dan sperma bersifat diploid, yaitu mengandung dua perangkat kromosom.



B. Jenis-Jenis Penyimpangan Hukum Mendel Hukum Mendel I dan II telah merumuskan perbandingan fenotipe keturunan F2. Perbandingan tersebut juga sudah berlaku umum. Misalnya pada persilangan monohibrid, perbandingan fenotipe F2 adalah 3 : 1. Sementara itu pada persilangan dihibrid, perbandingannya adalah 9 : 3 : 3 : 1. Namun, dalam kenyataannya banyak ditemukan hasil persilangan yang tidak sesuai dengan angka-angka perbandingan tersebut. Ada penyimpangan yang masih mengacu pada perbandingan angka Mendel, tetapi ada juga yang benar-benar berbeda. Penyimpangan yang masih mengacu pada perbandingan angka Mendel ini disebut penyimpangan semu hukum Mendel. Sebagai contoh, perbandingan 9 : 3 : 4 diperoleh dari 9 : 3 : (3 + 1) atau 12 : 3 : 1 diperoleh dari (9 + 3) : 3 : 1. Penyimpangan semu hukum Mendel terjadi karena interaksi antar-alel dan antargenetik. Penyimpangan semu karena interaksi antar-alel, di antaranya adalah sebagai berikut. 1.



Kodominan adalah dua alel dari dari suatu gen yang ketika diekspresikan bersamaan (heterozigot) akan menghasilkan fenotipe yang berbeda. Alel-alel kodominan tidak memiliki hubungan dominan atau resesif.



2.



Dominansi tidak sempurna adalah alel dominan yang tidak dapat menutup alel resesif secara sempurna. Akibatnya, pada individu heterozigotik muncul fenotipe campuran.



3.



Alel ganda adalah gen yang memiliki lebih dari dua alel.



4.



Alel letal adalah alel yang dalam keadaan homozigot dapat menyebabkan kematian pada individu yang memilikinya. Ada tiga tipe alel letal, yaitu alel letal dominan, alel letal resesif, dan alel subletal.



Sementara itu, yang termasuk penyimpangan semu karena interaksi antargenetik adalah sebagai berikut. 1.



Atavisme adalah interaksi beberapa gen yang menghasilkan fenotipe baru.



2.



Epistasis-hipostasis adalah interaksi yang terjadi apabila suatu gen menutupi (mengalahkan) gen lain yang bukan alelnya. Gen yang menutupi karakter disebut epistasis, sedangkan gen yang tertutup karakternya disebut hipostasis.



3.



Kriptomeri adalah sifat gen dominan yang tersembunyi jika berdiri sendiri. Namun,



2



akan tampak pengaruhnya jika bertemu dengan gen dominan lain yang bukan alelnya. 4.



Polimeri adalah interaksi dua gen atau lebih yang memengaruhi dan menguatkan sifat yang sama dari suatu organisme (bersifat kumulatif ).



5.



Gen komplementer adalah interaksi antara gen-gen dominan yang saling melengkapi dalam mengekspresikan suatu sifat. Jika salah satu dari gen-gen dominan tidak hadir, pengaruh gen-gen tersebut tidak akan tampak.



6.



Gen dominan rangkap adalah dua gen dominan yang memengaruhi bagian tubuh yang sama. Jika berada bersama-sama, fenotipe yang muncul merupakan gabungan kedua sifat gen dominan tersebut. Gen dominan rangkap disebut juga epistasis gen dominan rangkap.



Penyimpangan yang benar-benar berbeda dengan angka Mendel antara lain sebagai berikut. 1.



Tautan/pautan adalah peristiwa yang terjadi ketika dua gen atau lebih pada kromosom yang sama tidak dapat memisah secara bebas saat pembelahan meiosis.



2.



Pindah silang adalah peristiwa bertukarnya gen-gen suatu kromosom dengan gengen pada kromosom lain, baik kromosom homolog atau kromosom nonhomolog.



3.



Gagal berpisah (nondisjunction) adalah peristiwa yang terjadi ketika sebuah kromosom atau lebih gagal memisahkan diri dari pasangannya saat meiosis I maupun meiosis II.



C. Penyimpangan Semu karena Interaksi antar-alel 1. Kodominan Kodominan merupakan dua alel dari suatu gen yang ketika diekspresikan bersamaan (heterozigot) akan menghasilkan fenotipe yang berbeda. Alel-alel kodominan tidak memiliki hubungan dominan atau resesif. Alel-alel ini dituliskan dengan huruf besar ditambah huruf-huruf lain di atasnya. Contoh: alel-alel yang mengatur golongan darah sistem MN dan warna bulu pada sapi. Berikut ini adalah contoh persilangan pada peristiwa kodominan. Disilangkan sapi Shorthorn jantan rambut merah dengan sapi betina rambut putih. Warna merah dipengaruhi oleh gen CR dan putih dipengaruhi oleh gen CW. Kedua gen tersebut bersifat kodominan. Seluruh F1 adalah sapi berambut roan. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, bagaimanakah perbandingan genotipe dan fenotipe pada F2nya? Untuk mengetahui jawabannya, perhatikan diagram persilangan berikut ini.



3



P1



:



CRCR rambut merah



×



CWCW rambut putih



G1



: CR



F1



:



P2



:



CRCW rambut roan



G2



:



CR CW



F2



: 1 CRCR = 25% rambut merah 2 CRCW = 50% rambut roan 1 CWCW = 25% rambut putih



CW CRCW 100% rambut roan ×



CRCW rambut roan CR CW



Perbandingan genotipe = CRCR : CRCW : CWCW = 1 : 2 : 1 = 25% : 50% : 25% Perbandingan fenotipe = rambut merah : rambut roan : rambut putih = 1 : 2 : 1 = 25% : 50% : 25%



2.



Dominansi Tidak Sempurna Dominansi tidak sempurna merupakan alel dominan yang tidak dapat menutup alel resesif secara sempurna. Akibatnya, pada individu heterozigotik muncul fenotipe campuran. Contoh: jika bunga Mirabilis jalapa merah disilangkan dengan bunga yang putih, akan muncul bunga merah muda. Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh persilangan dominansi tidak sempurna berikut. Bunga Mirabilis jalapa merah disilangkan dengan bunga Mirabilis jalapa putih. Sifat merah ditentukan oleh gen M dan putih oleh gen m. Sifat gen M dominan tidak sempurna terhadap gen m, sehingga seluruh keturunan F1 berwarna merah muda. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, bagaimanakah perbandingan fenotipe F2?



Untuk menentukan perbandingan fenotipe F2-nya, perhatikan diagram persilangan berikut ini.



4



P1



:



MM bunga merah



G1



:



M



F1



:



P2



:



G2



:



M, m



F2



:



1 MM 2 Mm 1 mm



×



mm bunga putih m



Mm bunga merah muda Mm bunga merah muda



×



Mm bunga merah muda M, m



= bunga merah = bunga merah muda = bunga putih



Perbandingan genotipe = MM : Mm : mm = 1 : 2 : 1 Perbandingan fenotipe = bunga merah : bunga merah muda : bunga putih = 1 : 2 : 1



Contoh Soal 1 Bunga mawar merah yang bersifat dominan disilangkan dengan bunga mawar putih. Apabila keturunan pertamanya yang berwarna merah muda disilangkan dengan sesamanya, persentase keturunan keduanya yang memiliki fenotipe merah adalah .… A.



10%



B.



25%



C.



50%



D.



75%



E.



100% Jawaban: B



5



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangan berikut. P1



:



G1



:



F1



:



MM



×



mm



merah



putih



M



m Mm merah muda



P2 G2



F2



:



Mm



Mm



merah muda



merah muda



M



M



m



m



:



:



×



1 MM



= merah



2 Mm = merah muda 1 mm = putih Dari persilangan tersebut, diperoleh 4 genotipe dengan genotipe MM jumlahnya 1. 1 × 100% Dengan demikian, persentase jumlah keturunan yang berfenotipe merah = 4 = 25%. Berdasarkan contoh tersebut dapat disimpulkan bahawa pada persilangan dominansi tidak sempurna, jika F1 disilangkan dengan sesamanya, akan diperoleh perbandingan genotipe MM : Mm : mm = 1 : 2 : 1 dan perbandingan fenotipe merah : merah muda : putih = 1 : 2 : 1.



3.



Alel Ganda Alel ganda merupakan gen yang memiliki lebih dari dua alel. Contohnya golongan darah sistem ABO, warna bulu kelinci, dan warna mata pada lalat Drosophila. Berikut ini adalah contoh persilangan pada alel ganda.



6



Seorang wanita bergolongan darah A heterozigotik menikah dengan pria bergolongan darah B heterozigotik. Jika penentu golongan darah A dan B berturut-turut adalah gen IA dan IB, bagaimanakah kemungkinan golongan darah anak-anak mereka?



Untuk mengetahui jawabannya, perhatikan diagram persilangan berikut. P



:



G



:



F



:



IAIO golongan darah A



×



IBIO golongan darah B



IA IO



IAIO IBIO IAIB IOIO



IB IO



= golongan darah A = golongan darah B = golongan darah AB = golongan darah O



Perbandingan genotipe = IAIO : IBIO : IAIB : IOIO = 1 : 1 : 1 : 1 Perbandingan fenotipe = A : B : AB : O = 1 : 1 : 1 : 1 Jadi, kemungkinan golongan darah anak-anak mereka adalah A, B, AB, O dengan perbandingan 1 : 1 : 1 : 1.



4.



Alel Letal Alel letal merupakan alel yang dalam keadaan homozigot dapat menyebabkan kematian pada individu yang memilikinya. Ada tiga macam alel letal, yaitu alel letal dominan, alel letal resesif, dan alel subletal. a.



Alel letal dominan merupakan sepasang gen dominan yang dapat menyebabkan kematian jika berada dalam keadaan homozigot. Individu yang memiliki genotipe homozigot ini akan meninggal sebelum lahir. Sementara itu, jika dalam keadaan heterozigot, individu akan mengalami subletal. Contoh: ayam creeper, penyakit Huntington, tikus kuning, dan brakhidaktili.



b.



Alel letal resesif merupakan sepasang gen resesif yang dapat menyebabkan kematian jika berada dalam keadaan homozigot. Berbeda dengan alel letal dominan, individu yang mengalami kematian sebelum lahir hanya yang bergenotipe



7



homozigot resesif. Sementara itu, individu yang bergenotipe homozigot dominan dan heterozigot merupakan individu yang normal. Contoh: sapi bulldog dan albino pada tanaman. Alel subletal merupakan sepasang gen dominan atau resesif yang dalam keadaan homozigot dapat menyebabkan kematian pada usia anak-anak hingga dewasa. Contoh: thalasemia untuk subletal dominan dan hemofilia untuk subletal resesif.



c.



SUPER "Solusi Quipper" Untuk mengingat macam-macam alel letal, gunakan SUPER, Solusi Quipper berikut. DeRaS Dominan, Resesif, Subletal



Berikut ini adalah contoh persilangan pada alel letal. Pada tanaman jagung, gen A menyebabkan pembentukan klorofil. Sementara itu, alelnya gen a menghalangi pembentukan klorofil sehingga bersifat letal dalam keadaan homozigot. Jika tanaman jagung bergenotipe Aa disilangkan dengan sesamanya, berapa persen keturunan yang hidup?



Untuk mengetahui jawabannya, perhatikan diagram persilangan berikut. P



:



Aa berklorofil



×



Aa berklorofil



G



:



A a



F



:



AA = berklorofil = 25% Aa = berklorofil = 50% aa = tidak berklorofil, letal = 25%



A a



Jadi, keturunan yang hidup adalah 75% (25% AA + 50% Aa).



8



Contoh Soal 2 Kelinci himalayan (whw) disilangkan dengan kelinci kelabu kehitaman (Ww). Kemungkinan perbandingan antara keturunan kelabu kehitaman : himalayan : albino adalah .... A.



1:1:1



B.



1:2:1



C.



2:1:1



D.



3:2:3



E.



4:1:3 Jawaban: C



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangan berikut. P G F



: : :



whw



×



Ww



himalayan



kelabu kehitaman



wh



W



w



w



Wwh = kelabu kehitaman Ww = kelabu kehitaman



=2



whw = himalayan



=1



ww = albino



=1



Jadi, perbandingan antara keturunan kelabu kehitaman : himalayan : albino = 2 : 1 : 1.



5.



Atavisme Atavisme merupakan interaksi beberapa gen yang menghasilkan fenotipe baru. Contoh peristiwa atavisme adalah adanya beberapa tipe jengger atau pial pada ayam. Ada empat tipe pial, yaitu rose (mawar), pea (biji), walnut (sumpel), dan single (bilah). a.



Rose adalah fenotipe yang muncul karena interaksi gen R dan pp.



b.



Pea adalah fenotipe yang muncul karena interaksi gen rr dan P.



c.



Walnut adalah fenotipe yang muncul karena interaksi gen R dan P.



d.



Single adalah fenotipe yang muncul karena interaksi gen rr dan pp.



9



SUPER "Solusi Quipper" Untuk mengingat tipe pial ayam, gunakan SUPER, Solusi Quipper berikut. RAWA PESING Rose, Walnut, Pea, Single



Berikut ini adalah contoh persilangan pada atavisme. Ayam jantan berpial rose homozigotik disilangkan dengan ayam betina berpial pea homozigotik. Seluruh F1 ternyata ayam berpial walnut. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, bagaimanakah perbandingan fenotipe F2-nya?



Untuk mengetahui jawabannya, perhatikan diagram silang berikut. P1 G1 F1 P2 F2



:



RRpp rose : Rp : : RrPp walnut :



×



rrPP pea rP



RrPp Walnut ×



RrPp walnut



RP



Rp



rP



rp



RP



RRPP walnut



RRPp walnut



RrPP walnut



RrPp walnut



Rp



RRPp walnut



RRpp rose



RrPp walnut



Rrpp rose



rP



RrPP walnut



RrPp walnut



rrPP pea



rrPp pea



rp



RrPp walnut



Rrpp rose



rrPp pea



rrpp single



9 R – P – = walnut 3 R – pp



= rose



3 rrP –



= pea



1 rrpp



= single



Jadi, perbandingan fenotipe pada F2 = walnut : rose : pea : single = 9 : 3 : 3 : 1.



10



Contoh Soal 3 Ayam berpial walnut heterozigot untuk kedua sifat disilangkan dengan ayam berpial bilah. Keturunan yang akan dihasilkan adalah .... A.



pial walnut 75%



B.



pial walnut : pial bilah = 3 : 1



C.



pial walnut 100%



D.



pial walnut 50%



E.



pial bilah 25% Jawaban: E



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangan berikut. P



:



RrPp



×



walnut G



:



rrpp bilah



RP Rp



rp



rP rp F



:



RrPp = walnut



=1



Rrpp = rose



=1



rrPp = pea



=1



Ada empat genotipe dengan perbandingan yang sama



rrpp = bilah (single) = 1 Jadi, pada persilangan antara ayam pial walnut heterozigot untuk dua sifat dengan ayam berpial bilah akan diperoleh perbandingan fenotipe dan genotipe yang sama, yaitu 1 : 1 : 1 : 1.



6.



Kriptomeri Kriptomeri merupakan sifat gen dominan yang tersembunyi jika berdiri sendiri. Namun, akan tampak pengaruhnya jika bertemu dengan gen dominan lain yang bukan alelnya. Contoh peristiwa kriptomeri adalah persilangan pada bunga Linaria marocana. Jika bunga Linaria marocana yang berwarna merah disilangkan dengan bunga Linaria marocana yang berwarna putih, keturunan F1 seluruhnya akan berwarna ungu. Gen-gen yang mengendalikan peristiwa kriptomeri pada bunga Linaria marocana adalah sebagai berikut.



11



•



Gen A = mengendalikan produksi pigmen antosianin (pigmen warna bunga).



•



Gen a = menghambat produksi pigmen antosianin.



•



Gen B = menyebabkan sifat basa pada plasma sel.



•



Gen b = menyebabkan sifat asam pada plasma sel.



Jika gen A bertemu dengan gen B, bunga akan berwarna ungu karena antosianin berada di lingkungan plasma sel basa. Jika gen A bertemu dengan gen b, bunga akan berwarna merah karena antosianin berada di lingkungan plasma sel asam. Sementara itu, Jika gen a bertemu dengan gen B maupun b, bunga akan berwarna putih karena antosianin tidak diproduksi. Berikut ini adalah contoh persilangan pada peristiwa kriptomeri. Bunga Linaria marocana merah homozigot disilangkan dengan bunga Linaria marocana putih homozigot. Seluruh F1 ternyata berbunga ungu. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, bagaimanakah perbandingan fenotipe pada F2-nya?



Untuk mengetahui jawabannya, perhatikan diagram persilangan berikut. P1 G1 F1 P2 F2



:



AAbb × aaBB bunga merah bunga putih : Ab aB : AaBb bunga ungu : AaBb × AaBb bunga ungu bunga ungu : AB



Ab



aB



ab



AB



AABB ungu



AABb ungu



AaBB ungu



AaBb ungu



Ab



AABb ungu



AAbb merah



AaBb ungu



Aabb merah



aB



AaBB ungu



AaBb ungu



aaBB putih



aaBb putih



ab



AaBb ungu



Aabb merah



aaBb putih



aabb putih



9 A – B – = bunga ungu 3 A – bb = bunga merah 3 aaB –



= bunga putih



1 aabb



= bunga putih



12



Perbandingan fenotipe pada F2 = ungu : merah : putih = 9 : 3 : (3 + 1) =9:3:4 Jadi, perbandingan fenotipe pada F2-nya adalah ungu : merah : putih = 9 : 3 : 4.



Contoh Soal 4 Disilangkan bunga Linaria marocana ungu hasil F1 dengan bunga Linaria marocana putih yang bergenotipe aaBb. Jika pada persilangan tersebut dihasilkan 100 batang tanaman baru, banyaknya tanaman yang berbunga putih adalah .... A.



10%



B.



20%



C.



25%



D.



40%



E.



50% Jawaban: E



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangan berikut. P G



AaBb



: :



×



aaBb



ungu



putih



AB



aB



Ab



ab



aB ab F



:



aB



ab



AB



Ab



aB



ab



AaBB



AaBb



aaBB



aaBb



ungu



ungu



putih



putih



AaBb



Aabb



aaBb



aabb



ungu



merah



putih



putih



13



3 A – B – = ungu



⇒3



1 A – bb = merah ⇒1 3 aaB –



= putih



1 aabb



= putih



⇒4



Jadi, banyaknya tanaman yang berbunga putih ada



7.



4 × 100 = 50 batang. 8



Epistasis-Hipostasis Epistasis-hipostasis merupakan interaksi yang terjadi apabila suatu gen menutupi (mengalahkan) gen lain yang bukan alelnya. Gen yang menutupi karakter disebut epistasis, sedangkan gen yang tertutup karakternya disebut hipostasis. Ada empat tipe epistasis, yaitu sebagai berikut. a.



Epistasis dominan Epistasis dominan terjadi jika gen dominan menutupi kerja gen lain. Gen lain ini dapat berupa gen dominan atau gen resesif yang tidak sealel. Contoh: warna sekam pada gandum. Berikut ini adalah contoh persilangan pada peristiwa epistasis dominan. Disilangkan tanaman gandum bersekam hitam dengan tanaman gandum bersekam kuning. Sifat hitam ditentukan oleh gen H dan sifat kuning ditentukan oleh gen K. H bersifat epistasis terhadap gen K dan k. Seluruh F1 adalah tanaman bersekam hitam. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, bagaimanakah perbandingan fenotipe pada F2-nya?



Untuk mengetahui jawabannya, perhatikan diagram persilangan berikut. P1



:



HHkk sekam hitam



G1



:



Hk



F1



:



P2



:



×



hhKK sekam kuning hK



HhKk sekam hitam HhKk sekam hitam



×



14



HhKk sekam hitam



F2



: HK



Hk



hK



hk



HK



HHKK hitam



HHKk hitam



HhKK hitam



HhKk hitam



Hk



HHKk hitam



HHkk hitam



HhKk hitam



Hhkk hitam



hK



HhKK hitam



HhKk hitam



hhKK kuning



hhKk kuning



hk



HhKk hitam



Hhkk hitam



hhKk kuning



hhkk putih



9 H – K – = sekam hitam 3 H – kk



= sekam hitam



3 hhK –



= sekam kuning



1 hhkk



= sekam putih



Perbandingan fenotipe pada F2 = hitam : kuning : putih = (9 + 3) : 3 : 1 = 12 : 3 : 1



b.



Epistasis resesif Epistasis resesif terjadi jika gen resesif homozigot bekerja menutupi gen lain. Gen lain ini dapat berupa gen dominan maupun resesif, baik sealel atau tidak sealel. Contohnya adalah warna rambut tikus yang dikendalikan oleh dua macam gen, yaitu gen B dan gen G. Jika gen B bersama-sama dengan gen G,warna rambut yang akan muncul adalah abu-abu. Namun, jika hanya ada gen B, warna rambut yang akan muncul adalah hitam. Sementara itu, jika gen bb yang bekerja, warna rambut yang akan muncul adalah putih. Jadi, gen bb akan menutupi kerja gen G dan g. Berikut ini adalah contoh persilangan pada peristiwa epistasis resesif. Disilangkan tikus berambut hitam dengan tikus berambut putih. Sifat hitam ditentukan oleh gen B dan sifat putih dikendalikan oleh gen resesif bb. Gen bb bersifat epistasis terhadap gen G yang mengendalikan warna abu-abu dan alelnya gen g. Seluruh F1 berambut abu-abu. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, bagaimanakah perbandingan fenotipe pada F2-nya?



15



Untuk mengetahui jawabannya, perhatikan diagram persilangan berikut. P1



:



G1 F1



: :



P2



:



F2



:



BBgg rambut hitam Bg



×



bbGG rambut putih bG



BbGg rambut abu-abu BbGg × BbGg rambut abu-abu rambut abu-abu



BG



Bg



bG



bg



BG



BBGG abu-abu



BBGg abu-abu



BbGG abu-abu



BbGg abu-abu



Bg



BBGg abu-abu



BBgg hitam



BbGg abu-abu



Bbgg hitam



bG



BbGG abu-abu



BbGg Abu-abu



bbGG putih



bbGg putih



bg



BbGg abu-abu



Bbgg hitam



bbGg putih



bbgg putih



9 B – G – = rambut abu-abu 3 B – gg



= rambut hitam



3 bbG –



= rambut putih



1 bbgg



= rambut putih



Perbandingan fenotipe pada F2 = abu-abu : hitam : putih = 9 : 3 : (3 + 1) =9:3:4 c.



Epistasis gen dominan rangkap Epistasis gen dominan rangkap terjadi jika dua gen dominan atau lebih menghasilkan satu fenotipe dominan yang sama. Akan tetapi, jika gen dominan tidak hadir, fenotipe yang muncul bersifat resesif. Contoh peristiwa epistasis gen dominan rangkap adalah karakter bentuk kapsul pada biji tanaman Capsella bursa-pastoris yang dikendalikan oleh gen A dan gen B. Gen A dan gen B secara bersama-sama atau sendiri-sendiri menyebabkan bentuk kapsul biji segitiga. Namun, jika keduanya



16



tidak ada, fenotipe yang muncul bersifat resesif, yaitu bentuk kapsul oval. Berikut ini adalah contoh persilangan pada peristiwa epistasis gen dominan rangkap. Disilangkan bunga Capsella yang memiliki bentuk kapsul biji segitiga dengan bunga Capsella yang memiliki bentuk kapsul biji oval. Sifat segitiga dikendalikan oleh gen A dan B, sedangkan sifat oval muncul jika gen A dan B tidak ada. Seluruh F1 berkapsul biji segitiga. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, bagaimanakah perbandingan fenotipe pada F2-nya? Untuk mengetahui jawabannya, perhatikan diagram persilangan berikut. P1



:



G1 F1



: :



P2



:



F2



:



AABB kapsul segitiga AB



AaBb kapsul segitiga



×



aabb kapsul oval ab



AaBb kapsul segitiga ×



AaBb kapsul segitiga



AB



Ab



aB



ab



AB



AABB segitiga



AABb segitiga



AaBB segitiga



AaBb segitiga



Ab



AABb Segitiga



AAbb segitiga



AaBb segitiga



Aabb segitiga



aB



AaBB segitiga



AaBb segitiga



aaBB segitiga



aaBb segitiga



ab



AaBb segitiga



Aabb segitiga



aaBb segitiga



aabb oval



9 A – B – = kapsul segitiga 3 A – bb = kapsul segitiga 3 aaB –



= kapsul segitiga



1 aabb



= kapsul oval



Perbandingan fenotipe pada F2 = segitiga : oval = (9 + 3 +3) : 1 = 15 : 1



17



d.



Epistasis gen rangkap dengan efek kumulatif Epistasis gen rangkap dengan efek kumulatif terjadi jika pada kondisi dominan, baik homozigot maupun heterozigot, pada salah satu lokus dihasilkan fenotipe yang sama. Contoh peristiwa epistasis ini adalah pada pembentukan warna biji gandum. Genotipe A-bb dan aaB- menghasilkan satu unit pigmen sehingga fenotipenya sama. Genotipe aabb tidak menghasilkan pigmen. Sementara itu, genotipe A-Bmenghasilkan dua unit pigmen sehingga fenotipe yang muncul berefek kumulatif. Berikut ini adalah contoh persilangan pada peristiwa epistasis gen rangkap dengan efek kumulatif. Disilangkan tanaman gandum warna biji ungu tua dengan tanaman gandum warna biji putih. Gen penentu warna biji adalah gen A dan B yang memiliki efek kumulatif jika hadir bersama-sama. Seluruh F1 adalah gandum dengan warna biji ungu. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, bagaimanakah perbandingan fenotipe pada F2-nya?



Untuk mengetahui jawabannya, perhatikan diagram persilangan berikut. P1



:



G1 F1



: :



P2



:



F2



:



AABB biji bunga tua AB



×



aabb biji putih ab



AaBb Biji ungu ×



AaBb biji ungu



AaBb biji ungu



AB



Ab



aB



ab



AB



AABB ungu tua



AABb ungu tua



AaBB ungu tua



AaBb ungu tua



Ab



AABb ungu tua



AAbb ungu



AaBb ungu tua



Aabb ungu



aB



AaBB ungu tua



AaBb ungu tua



aaBB ungu



aaBb ungu



ab



AaBb ungu tua



Aabb ungu



aaBb ungu



aabb putih



18



9 A – B – = biji ungu tua 3 A – bb = biji ungu 3 aaB –



= biji ungu



1 aabb



= biji putih



Perbandingan fenotipe pada F2 = ungu tua : ungu : putih = 9 : (3 +3) : 1 =9:6:1



SUPER "Solusi Quipper" Untuk memudahkan mengingat tipe-tipe epistasis, gunakan SUPER, Solusi Quipper berikut. DASI PRAMUKA Dominan, Resesif, Gen Dominan Rangkap, Gen Rangkap dengan Efek Kumulatif



Contoh Soal 5 Gen-gen yang mengendalikan sifat bulu pada kerbau adalah sebagai berikut. •



H = gen hitam epistasis dominan



•



h = gen abu-abu hipostasis resesif



•



W = gen warna epistasis dominan



•



w = gen tidak berwarna hipostasis resesif



Jika disilangkan kerbau abu-abu (hhWw) dengan kerbau hitam (HhWw), turunan yang dihasilkan adalah .… A.



abu-abu : hitam = 5 : 3



B.



abu-abu : hitam : albino = 3 : 3 : 2



C.



abu-abu : hitam : albino = 3 : 4 : 1



D.



hitam : abu-abu : albino = 9 : 3 : 4



E.



hitam : abu-abu : albino = 12 : 3 : 1 Jawaban: B



19



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangan berikut. P G



: :



hhWw



×



HhWw



abu-abu



hitam



hW



HW



hw



Hw hW hw



F



:



H – W – = hitam



=3



H – ww = albino



=1



hhW -



= abu-abu = 3



hhww



= albino



Abu-abu : hitam : albino = 3 : 3 : 2



=1



Jadi, persilangan kerbau abu-abu (hhWw) dengan kerbau hitam (HhWw) akan menghasilkan keturunan dengan perbandingan fenotipe abu-abu : hitam : albino = 3 : 3 : 2.



SUPER "Solusi Quipper" Keturunan F2 yang merupakan hasil persilangan antara F1 dan F1 pada peristiwa kriptomeri dan epistasis resesif memiliki perbandingan fenotipe yang pasti sama, yaitu 9 : 3 : 4.



20



Kurikulum 2006/2013



biologi



Kel a s



XII



PENYIMPANGAN HUKUM MENDEL II Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami jenis-jenis penyimpangan hukum Mendel yang meliputi gen komplementer, polimeri, tautan, pindah silang, serta gagal berpisah. 2. Dapat menyelesaikan soal-soal yang berkaitan dengan penyimpangan hukum Mendel. 3. Dapat menentukan jenis kelamin berdasarkan kromosomnya.



A. Gen Komplementer dan Polimeri 1. Gen Komplementer Gen komplementer merupakan interaksi antara gen-gen dominan yang saling melengkapi dalam mengekspresikan suatu sifat. Contoh peristiwa gen komplementer adalah pada penentuan warna bunga Lathyrus odoratus. Pada bunga tersebut, bekerja gen C dan P. •



Gen C = gen penghasil pigmen antosianin



•



Gen P = gen penghasil enzim untuk mengaktifkan antosianin



Warna ungu terbentuk jika gen C dan P bersama-sama. Akan tetapi, jika gen C atau P atau keduanya tidak ada, akan terbentuk warna putih. Contoh persilangan pada peristiwa gen komplementer adalah sebagai berikut. Disilangkan tanaman Lathyrus odoratus yang keduanya berbunga putih. Ternyata, seluruh F1 berbunga ungu. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, bagaimanakah perbandingan fenotipe F2-nya?



Untuk menentukan perbandingan fenotipe F2-nya, perhatikan diagram persilangan berikut ini. P1



:



CCpp Bunga putih



G1 F1



: :



Cp



P2



:



F2



:



×



ccPP Bunga putih cP



CcPp Bunga ungu ×



CcPp Bunga ungu 9C–P– = bunga ungu 3 C – pp = bunga putih 3 ccP – = bunga putih 1 ccpp = bunga putih



CcPp Bunga ungu



Perbandingan fenotipe pada F2 = ungu : putih = 9 : (3 + 3 + 1) =9:7 Jadi, perbandingan fenotipe pada F2 adalah ungu : putih = 9 : 7.



2.



Polimeri Polimeri merupakan interaksi dua gen atau lebih yang memengaruhi dan menguatkan sifat yang sama dari suatu organisme (bersifat kumulatif ). Contoh peristiwa polimeri adalah pewarisan warna pada sekam gandum. Sifat ini dipengaruhi oleh gen M1 dan M2. Semakin banyak gen M1 dan M2 pada genotipenya, warna sekam semakin tua. Sebaliknya, jika gen M1 dan M2 yang bekerja semakin sedikit, warna sekam menjadi semakin muda. Jika tidak ada gen M1 dan M2 yang bekerja, warna sekam menjadi putih. Contoh persilangan pada peristiwa polimeri adalah sebagai berikut. Disilangkan gandum bersekam merah tua dengan gandum bersekam putih. Ternyata, seluruh F1 bersekam merah sedang. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, bagaimanakah perbandingan fenotipe F2-nya?



Untuk menentukan perbandingan fenotipe F2-nya, perhatikan diagram persilangan berikut ini!



2



P1



:



M1M1M2M2 Sekam merah tua



G1



:



F1



:



P2



:



F2



: 9 M1 – M2 – 3 M1 – m2m2 3 m1m1M2 – 1 m1m1m2m2



×



m1m1m2m2 Sekam putih



M1M2



m1m2 M1m1M2m2 Sekam merah sedang



M1m1M2m2 Sekam merah sedang



×



M1m1M2m2 Sekam merah sedang



= sekam merah = sekam merah = sekam merah = sekam putih



Perbandingan fenotipe pada F2 = merah : putih = (9 + 3 + 3) : 1 = 15 : 1 Jadi, perbandingan fenotipe pada F2 adalah merah : putih = 15 : 1.



Contoh Soal 1 Individu yang mengandung faktor K tanpa faktor M atau sebaliknya berfenotipe putih. Akan tetapi, individu yang mengandung kedua faktor tersebut (K dan M) akan berfenotipe ungu. Jika individu dengan genotipe Kkmm disilangkan dengan KkMm, perbandingan fenotipe ungu dan putih yang diperoleh sebesar .… A.



1:1



B.



3:1



C.



9:7



D.



3:5



E.



15 : 1 Jawaban: D



3



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangannya berikut! P G



:



Kkmm



:



×



KkMm



Putih



Ungu



Km



KM



km



Km kM km



F



:



K – M – = ungu = 3 K – mm = putih = 3



ungu : putih = 3 : 5



kkM – = putih = 1 kkmm = putih = 1



Jadi, perbandingan fenotipe ungu dan putih yang diperoleh sebesar 3 : 5.



B. Tautan Tautan merupakan peristiwa yang terjadi ketika dua gen atau lebih pada kromosom yang sama tidak dapat memisah secara bebas saat pembelahan meiosis. Tautan biasanya terjadi pada gen-gen yang berbeda, tetapi letaknya berdekatan. Gen-gen yang tertaut akan diturunkan secara bersama-sama. Ada dua macam tautan, yaitu tautan pada autosom dan tautan pada gonosom.



1.



Tautan pada Autosom Tautan ini terjadi jika gen-gen yang tertaut berada pada kromosom tubuh (autosom). Misalnya, pada karakter warna tubuh dan ukuran sayap pada lalat buah Drosophila. Gen untuk warna tubuh Drosophila adalah G dan g, sedangkan gen untuk ukuran sayapnya adalah L dan l. Gen-gen warna dan ukuran sayap tersebut saling bertaut. Peristiwa tautan menyebabkan variasi sifat berkurang. Contoh persilangan pada peristiwa tautan autosomal adalah sebagai berikut. Lalat buah jantan warna tubuh normal (kelabu) bersayap panjang dikawinkan dengan lalat buah betina warna tubuh hitam bersayap pendek. Warna tubuh normal (kelabu) ditentukan oleh gen G dan sayap panjang oleh gen L. Gen G dan L saling bertaut. Seluruh F1 adalah lalat dengan tubuh normal (kelabu) bersayap panjang. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, bagaimanakah perbandingan fenotipe F2-nya?



4



Untuk menentukan perbandingan fenotipe F2-nya, perhatikan diagram persilangan berikut ini! P1



:



GGLL × Tubuh kelabu, sayap panjang



G1



:



GL



F1



:



P2



:



ggll Tubuh hitam, sayap pendek



gl GgLl Tubuh kelabu, sayap panjang



GgLl × Tubuh kelabu, sayap panjang



GgLl Tubuh kelabu, sayap panjang



Pada G2, terjadi tautan sehingga gen G tetap bersama dengan gen L dan gen g bersama gen l. GL, gl F2



:



1 GGLL 2 GgLl 1 ggll



GL, gl = tubuh kelabu, sayap panjang = tubuh kelabu, sayap panjang = tubuh hitam, sayap pendek



Perbandingan fenotipe F2 adalah sebagai berikut. Tubuh kelabu sayap panjang : tubuh hitam sayap pendek = 3 : 1



Jadi, perbandingan fenotipe F2-nya adalah kelabu sayap panjang : hitam sayap pendek = 3 : 1.



2.



Tautan pada Gonosom (Tautan Seks) Tautan ini terjadi jika gen-gen yang tertaut berada pada kromosom kelamin (gonosom).



5



Misalnya, pada warna mata lalat buah Drosophila. Gen penentu warna mata Drosophila adalah gen M dan m yang tertaut pada kromosom X. Gen M menyebabkan warna mata merah dan gen m menyebabkan warna mata putih. Contoh persilangan pada peristiwa tautan seks adalah sebagai berikut. Lalat buah betina mata merah dikawinkan dengan lalat jantan mata putih. Warna merah ditentukan oleh gen M dan warna putih ditentukan oleh gen m. Gen-gen tersebut tertaut pada kromosom X. Seluruh F1 bermata merah. Jika F1 disilangkan dengan sesamanya, bagaimanakah perbandingan fenotipe F2-nya? Untuk menentukan perbandingan fenotipe F2-nya, perhatikan diagram persilangan berikut ini! P1



:



G1 F1



: :



XMXM Mata merah



×



Xm Y Mata putih Xm, Y



XM XMxm =



mata merah



XMY =



mata merah ×



P2



:



XMxm Mata merah



XMY Mata merah



F2



:



1 XMXM



=



mata merah



1 XMXm



=



mata merah



1 XMY



=



mata merah



1 XmY



=



mata putih



100 % bermata merah



Perbandingan fenotipe F2 = mata merah : mata putih = 3 : 1 Lalat buah yang bermata putih berkelamin jantan.



Jadi, perbandingan fenotipe pada F2 adalah mata merah : mata putih = 3 : 1.



6



Contoh Soal 2 Pada Drosophila, sifat warna mata terpaut pada kromosom X dengan mata merah (M) dominan terhadap mata putih (m). Jika Drosophila betina mata putih disilangkan dengan jantan mata merah, perbandingan keturunan yang dihasilkan adalah .… A.



jantan mata merah : betina mata putih = 3 : 1



B.



jantan mata putih : betina mata merah = 1 : 1



C.



jantan mata merah : betina mata putih = 2 : 1



D.



jantan mata putih : betina mata merah = 2 : 1



E.



jantan mata putih : betina mata putih = 1 : 1 Jawaban: B



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangannya berikut! P



XmXm



:



Mata putih G



:



×



XMY Mata merah XM



Xm



Y F



:



XMXm =



mata merah



X mY =



mata putih



Jantan mata putih : betina mata merah = 1:1



Jadi, perbandingan keturunan yang dihasilkan adalah jantan mata putih : betina mata merah = 1 : 1.



C. Pindah Silang Pindah silang merupakan peristiwa bertukarnya gen-gen suatu kromosom dengan gengen kromosom lain, baik kromosom homolog atau nonhomolog, saat meiosis I. Pindah silang biasanya terjadi pada gen-gen yang berbeda, tetapi letaknya berjauhan. Pindah silang menyebabkan terjadinya rekombinan (RK). Oleh karena tidak semua gen berpindah silang, maka ada keturunan yang fenotipenya sama dengan induknya atau disebut dengan Kombinasi Parental (KP). Semakin banyak pindah silang, semakin banyak rekombinan yang dihasilkan. Banyaknya pindah silang dapat ditentukan dengan Nilai Pindah Silang



7



(NPS), yaitu perbandingan jumlah rekombinan dengan jumlah seluruh keturunan. Rumus Nilai Pindah Silang (NPS) adalah sebagai berikut. NPS =



jumlah rekombinan(RK ) jumlah total keturunan



× 100%



Keterangan: NPS = nilai pindah silang RK = rekombinan KP = kombinasi parental Total keturunan = RK + KP Pindah silang menghasilkan fenotipe keturunan KP > 50% dan RK < 50%. Untuk mengingat rumus nilai pindah silang, gunakan cara SUPER berikut.



SUPER "Solusi Quipper" Jeruk NiPiS dijual di RuKo lalu dibagi-bagi ke keturunannya



Contoh persilangan pada peristiwa pindah silang adalah sebagai berikut. Disilangkan jagung berbiji licin warna kuning dengan jagung berbiji kisut warna putih. Sifat licin ditentukan oleh gen L dan warna kuning oleh gen K. Seluruh F1 berbiji licin warna kuning. Selanjutnya, F1 diuji silang (testcross) dengan induk yang resesif. Ternyata, diperoleh F2 sebagai berikut. •



350 batang jagung biji licin warna kuning



•



150 batang jagung biji licin warna putih



•



160 batang jagung biji kisut warna kuning



•



340 batang jagung biji kisut warna putih



Berapakah besarnya Nilai Pindah Silang (NPS) yang terjadi?



Untuk menentukan besarnya Nilai Pindah Silang (NPS) yang terjadi, perhatikan diagram persilangannya berikut!



8



P1



:



G1



:



F1



:



LLKK Biji licin, warna kuning



llkk Biji kisut, warna putih



LK



lk LlKk 100% biji licin, warna kuning



LlKk P2 (testcross): Biji licin, warna kuning F2



×



×



llkk Biji kisut, warna putih



350 LlKk ⇒ Kombinasi Parental (KP) 150 Llkk ⇒ rekombinan (RK) 160 llKk ⇒ rekombinan (RK) 340 llkk ⇒ Kombinasi Parental (KP)



:



Dengan demikian, diperoleh: NPS =



150 + 160 × 100% = 31% 1.000



Jadi, besarnya Nilai Pindah Silang (NPS) yang terjadi adalah 31%.



SUPER "Solusi Quipper" Untuk menentukan RK dan KP, lihatlah angka-angka yang menunjukkan jumlah individu hasil testcross. Dua angka terbesar adalah KP dan dua angka terkecil adalah RK.



Contoh Soal 3 Belalang jantan berbadan hijau sayap panjang (HhPp) dikawinkan dengan belalang betina berbadan cokelat sayap pendek (hhpp). Dari hasil perkawinan tersebut, diperoleh perbandingan fenotipe keturunan sebagai berikut. •



530 hijau sayap panjang



•



450 hijau sayap pendek



9



•



310 cokelat sayap panjang



•



782 cokelat sayap pendek



Berdasarkan kasus tersebut, dapat disimpulkan bahwa saat pembentukan gamet telah terjadi pindah silang dengan nilai pindah silang sebesar .... A.



59,00%



B.



59,40%



C.



59,46%



D.



36,67%



E.



38,00% Jawaban: D



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangannya berikut. P



:



×



HhPp Badan hijau, sayap panjang



G



:



hhpp Badan cokelat, sayap pendek



HP Hp



hp



hP hp F



:



HhPp = badan hijau sayap panjang = 530 ⇒ KP Hhpp = badan hijau sayap pendek = 450 ⇒ RK hhPp = badan cokelat sayap panjang = 310 ⇒ RK hhpp = badan cokelat sayap pendek = 782 ⇒ KP



Dengan demikian, diperoleh: Nilai Pindah Silang (NPS) =



760 450 + 310 × 100% = 36,67 % × 100% = 2072 530 + 450 + 310 + 782



Jadi, nilai pindah silangnya sebesar 36,67 %.



D. Gagal Berpisah dan Penentuan Jenis Kelamin 1. Gagal Berpisah (Nondisjunction) Gagal berpisah merupakan peristiwa yang terjadi ketika sebuah kromosom atau lebih gagal memisahkan diri dari pasangannya saat meiosis I maupun meiosis II. Kromosomkromosom yang gagal berpisah akan tetap berpasangan saat menuju kutub yang berlawanan. Akibatnya, salah satu kutub akan mengalami kelebihan kromosom dan kutub lainnya kekurangan kromosom.



10



Gagal berpisah dapat disebabkan oleh mutagen (zat penyebab mutasi). Gagal berpisah dapat terjadi pada autosom maupun gonosom. Akibat peristiwa gagal berpisah, ada individu yang memiliki kromosom lebih dari jumlah normal, namun ada juga yang kurang dari normal. Contoh peristiwa gagal berpisah terjadi pada lalat buah Drosophila. Contoh persilangan pada peristiwa gagal berpisah adalah sebagai berikut. Lalat buah Drosophila betina yang diduga mengalami gagal berpisah (nondisjunction) saat membentuk gamet dikawinkan dengan lalat jantan normal. Lalat betina membentuk tiga macam kemungkinan gamet, yaitu XX, X, dan 0. Bagaimanakah fenotipe-fenotipe pada keturunannya?



Untuk menentukan fenotipe-fenotipe pada keturunannya, perhatikan diagram persilangan berikut! P



:



G



:



F



:



XX (nondisjunction) X, XX, 0 XX = XY =



×



XY (normal) X, Y



Normal Normal



XXX =



Super (biasanya mati)



XXY =



Fertil



X0



=



Y0



= Letal



Steril



Jadi, fenotipe-fenotipe pada keturunannya, yaitu betina normal, jantan normal, betina super, betina fertil, jantan steril, dan letal.



2.



Penentuan Jenis Kelamin (Determinasi Seks) Jenis kelamin ditentukan oleh sepasang kromosom kelamin atau gonosom yang terdapat pada tubuh. Berdasarkan jenis gonosom yang diperoleh dari induknya, ada dua tipe individu, yaitu individu homogametik dan individu heterogametik.



11



•



Individu homogametik adalah individu yang memiliki satu macam gonosom, misalnya wanita memiliki XX dan ayam jantan memiliki ZZ.



•



Individu heterogametik adalah individu yang memiliki dua macam gonosom, misalnya pria memiliki XY dan ayam betina memiliki ZW.



Lantas, bagaimana cara menentukan jenis kelamin pada tumbuhan dan hewan? Untuk mengetahuinya, perhatikan penjelasan tentang penentuan jenis kelamin pada tumbuhan dan hewan berikut ini! a.



Penentuan Jenis Kelamin pada Tumbuhan Pada tumbuhan, penentuan jenis kelamin menggunakan tipe XY. Tumbuhan betina bertipe XX dan tumbuhan jantan bertipe XY.



b.



Penentuan Jenis Kelamin pada Hewan Ada beberapa tipe penentuan jenis kelamin pada hewan, yaitu sebagai berikut. 1.)



Tipe X0 Tipe ini terdapat pada serangga golongan Orthoptera (seperti belalang, kecoa) dan Hemiptera (seperti wereng, kutu busuk).



2.)



3.)



∙



Individu betina memiliki 24 kromosom dengan susunan 22A + XX.



∙



Individu jantan memiliki 23 kromosom dengan susunan 22A + X0 (jantan hanya mempunyai satu gonosom, yaitu X).



Tipe ZW Tipe ini terdapat pada burung, ikan, beberapa jenis reptil, dan kupu-kupu. Hewan betina memiliki gonosom ZW, sedangkan jantan memiliki gonosom ZZ. X 2 1 Tipe = = A 2 2 X 2 1 Tipe keseimbangan jumlah gonosom X dan autosom. =menggambarkan = A 2 2 Tipe ini terdapat pada lalat buah Drosophila. Gonosom X seperti batang dan gonosom Y seperti kail. Gonosom Y tidak menentukan jenis kelamin, tetapi menentukan fertilitas (kesuburan). Berikut ini adalah indeks kelamin Drosophila.



12



X 2 1 =pada = A 2 2



Indeks Kelamin



X 2 1 = = Jenis Kelamin A 2 2



1



Betina



0,5



Jantan



0,5
=1 = A 2 2



Betina super



X 2 1 < 0,5 = = A 2 2



Jantan super



Contoh:



XX 22 11 === === 1 AA 22 22 X X2 21 1 Lalat jantan (3 AA, XY) ⇒ = == = = 0,5 A A2 22 2 Lalat betina (3 AA, XX) ⇒



d.



Tipe Haploid-Diploid Tipe ini terdapat pada golongan Hymenoptera, seperti lebah madu dan semut. Pada tipe ini, jenis kelamin tidak ditentukan oleh gonosom, tetapi oleh sifat ploidi. Hal ini karena pada sel tubuh golongan Hymenoptera tidak terdapat gonosom. 1.)



Ovum (n) + sperma (n) → zigot (2n) → betina ratu (2n)



2.)



Ovum (n) tidak dibuahi (parthenogenesis) → jantan (n)



Untuk mengingat tipe-tipe penentuan jenis kelamin pada hewan, gunakan cara SUPER berikut.



SUPER "Solusi Quipper" Orang ZimbabWe memukul KO seorang eXpert Ahli HP bergelar diploma X 2 1 Maksudnya: ZZ-ZW, XX-XO, ,=Haploid-Diploid = A 2 2



13



Contoh Soal 4 Lalat buah betina mata putih dikawinkan dengan lalat buah jantan mata merah. Perhatikan diagram persilangan dan diagram papan catur hasil persilangannya berikut!



P



×



1



2



4



5



3



gamet 6



Akibat peristiwa tersebut, dari beberapa ribu keturunan dihasilkan lalat buah berfenotipe jantan mata merah dan betina mata putih. Keturunan tersebut terletak pada nomor .... A.



1 dan 4



D.



3 dan 5



B.



2 dan 3



E.



4 dan 6



C.



2 dan 4 Jawaban: D



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangannya berikut! P G



:



×



XmXm



:



XMY



Mata putih (nondisjunction)



Mata merah



X



XM



m



XmXm



Y



0 F



:



XMXm



= betina mata merah



⇒ kotak 1



X Y



= jantan mata putih



⇒ kotak 4



XMXmXm



= betina mata merah (super)



⇒ kotak 2



X X Y



= betina mata putih (fertil)



⇒ kotak 5



XM0



= jantan mata merah (steril)



⇒ kotak 3



Y0



= letal



⇒ kotak 6



m



m m



Jadi, keturunan tersebut terletak pada nomor 3 dan 5.



14



Kurikulum 2006/2013



biologi



Kel a s



XII



PEWARISAN SIFAT PADA MANUSIA Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami tentang variasi sifat manusia dan peta silsilah keluarga. 2. Dapat menentukan kemungkinan jenis kelamin pada manusia. 3. Memahami tentang sistem golongan darah pada manusia. 4. Dapat menyelesaikan permasalahan terkait pewarisan sifat pada manusia.



A. Pendahuluan Penelitian tentang hereditas pada manusia berbeda dengan penelitian tentang hereditas pada hewan dan tumbuhan. Perbedaan ini disebabkan oleh beberapa kendala berikut. 1.



Manusia jarang yang bersedia untuk dijadikan objek penelitian.



2.



Umur manusia cukup panjang.



3.



Keturunan yang dihasilkan manusia relatif sedikit.



4.



Suasana lingkungan hidup manusia sulit untuk dikontrol.



5.



Pertumbuhan karakter pada manusia tidak mudah untuk diamati. Untuk mengatasi kendala-kendala tersebut, dapat dilakukan beberapa hal berikut.



1.



Pembuatan peta silsilah keluarga (pedigree) untuk mengetahui karakter tertentu.



2.



Penelitian menggunakan hewan yang dianggap memiliki kedekatan kekerabatan dengan manusia. Misalnya Macaca mulatta, bangsa kera yang digunakan untuk meneliti golongan darah sistem rhesus.



3.



Penelitian terhadap karakter anak kembar, terutama yang kembar lebih dari dua.



B. Variasi Sifat Manusia dan Peta Silsilah Keluarga Manusia memiliki banyak karakter atau sifat, baik sifat fisik, sifat fisiologis, maupun sifat psikologis. Sifat fisik adalah sifat yang tampak secara fisik, misalnya warna kulit, bentuk mata, bentuk hidung, tipe rambut, dan sebagainya. Sifat fisiologis adalah sifat yang berkaitan dengan sistem kerja tubuh, misalnya metabolisme, sistem hormonal, dan sistem enzimatis. Sementara itu, sifat psikologis adalah sifat yang berkaitan dengan kondisi kejiwaan, seperti IQ (Intelligence Quotient) dan watak. Sifat-sifat pada manusia ini dikendalikan oleh gen yang diturunkan dari kedua orangtuanya dan faktor lingkungan. Berikut ini adalah beberapa contoh sifat-sifat pada manusia yang dikendalikan oleh gen, baik gen dominan maupun gen resesif. No.



Sifat yang Dikendalikan oleh Gen Dominan



Sifat yang Dikendalikan oleh Gen Resesif



1.



Rambut hitam



Rambut pirang



2.



Mata sipit



Mata lebar



3.



Rambut keriting



Rambut lurus



4.



Lidah dapat menggulung



Lidah tidak dapat menggulung



5.



Bibir tebal



Bibir tipis



6.



Tangan kidal



Tangan tidak kidal



7.



Bulu mata panjang



Bulu mata pendek



Untuk mengetahui karakter-karakter tertentu pada manusia, termasuk penurunan penyakit-penyakit genetik, dapat disusun suatu diagram yang disebut peta silsilah keluarga atau pedigree. Manfaat dari pedigree antara lain adalah sebagai berikut. 1.



Memperbaiki mutu genetik keluarga.



2.



Mengatur perkawinan untuk menghindari atau menekan munculnya penyakitpenyakit genetik pada keturunan berikutnya.



3.



Mempertahankan sifat-sifat unggul dalam keluarga.



2



Berikut ini adalah contoh pedigree dari keluarga kerajaan Inggris. Pedigree ini menggambarkan tentang pewarisan penyakit hemofilia.



RATU VICTORIA



EDWARD VICTORIA VII



GEORGE V



GEORGE VI



HENRY OF PRUSSIA



WALDEMAR OF PRUSSIA (HIDUP SAMPAI 56 TAHUN)



ALBERT



ALICE ALFRED



= NORMAL



= NORMAL



= PEMBAWA



= HEMOFILIA



ARTHUR LEOPOLD



IRENE MENINGGAL PADA UMUR 3TH



ALEXANDRIA ALICE



HENRY MENINGGAL PADA UMUR 4 TAHUN



CZAREVIICH VISCOUNT MARY ALEXIS TREMATON (DIBUNUH) MENINGGAL PADA UMUR 20 TAHUN



HELENA BEATRICE



VICTORIA EUGENIE



MENINGGAL WAKTU BAYI



HENRY



ALFONSO LEOPOLD MAURICE



ALFONSO GONZALO (PERDARAHAN SAMPAI AJAL SETELAH KECELAKAAN)



DALAM KELUARGA RAJA INGGRIS SEKARANG TAK TERDAPAT HEMOFILIA



Peta Silsilah Penyakit Hemofilia dari Keluarga Kerajaan Inggris



Berdasarkan peta silsilah tersebut, tampak bahwa Ratu Victoria sebagai pembawa sifat hemofilia menurunkan gen tersebut kepada ketiga anaknya. Satu sebagai penderita dan dua lainnya hanya sebagai pembawa sifat. Pada dua generasi di bawahnya, juga ditemukan keturunan yang menderita hemofilia dan pembawa sifat hemofilia. Untuk mengatasi masalah penyakit menurun, dapat diusahakan dengan cara eugenetika, eutenika, dan eufenika. 1.



Eugenetika Eugenetika adalah usaha perbaikan generasi mendatang dengan menggunakan hukum hereditas. Hal ini bertujuan untuk memeroleh keturunan yang baik dan terhindar dari penyakit genetik. Hal-hal yang perlu dilakukan antara lain adalah sebagai berikut. a.



Menghindari perkawinan antarsaudara dekat agar terhindar dari penyakitpenyakit resesif.



b.



Memahami karakter-karakter tertentu melalui peta silsilah keluarga.



3



c.



Menghindari pernikahan dengan penderita gangguan mental seperti debil, imbisil, atau idiot.



d.



Calon pasangan suami istri hendaknya melakukan pemeriksaan kesehatan sebelum menikah.



e.



Bagi pasangan suami istri yang memiliki kualitas genetik kurang baik, hendaknya tidak merencanakan memiliki banyak anak.



SUPER "Solusi Quipper" Untuk mengingat hal-hal yang perlu dilakukan dengan cara eugenetika, kamu dapat menggunakan cara SUPER berikut. Eugene tidak Kawin dengan Keluarga Dekat meskipun Paham Karakter, Mental, Kesehatan, dan Kualitasnya. 2.



Eutenika Eutenika adalah usaha perbaikan generasi mendatang dengan cara meningkatkan mutu lingkungan, seperti makanan bergizi, pendidikan yang baik, dan faktor pendukung kehidupan yang baik. Perbaikan yang dilakukan dalam eutenika dapat menandakan perkembangan suatu negara. Jika banyak rakyat yang sudah maju, dapat disimpulkan bahwa pelaksanaan eutenika di negara tersebut telah berjalan dengan baik. Namun sebaliknya, jika masih banyak rakyat yang hidup di bawah garis kemiskinan, dapat disimpulkan bahwa negara tersebut belum melaksanakan eutenika dengan baik.



3.



Eufenika Eufenika adalah usaha perbaikan generasi mendatang dengan menyembuhkan gejala-gejala penyakit genetik. Misalnya penyakit karena terganggunya metabolisme tubuh seperti fenilketonuria (PKU). Jika dapat terdeteksi lebih dini, seorang anak yang dinyatakan mengidap PKU dapat disembuhkan dengan diet fenilalanin. Selain itu, dunia kedokteran yang sudah maju juga dapat melakukan terapi gen dengan teknologi plasmid. Gen-gen penghasil enzim akan disisipkan agar penderita dapat memproduksi enzim secara normal.



Contoh Soal 1 Seseorang yang akan menikah dapat menggunakan eugenetika untuk menghindari penyakit menurun. Cara yang dapat ditempuh adalah ....



4



A.



tidak menikah dengan saudara atau kerabat dekat



B.



meningkatkan pendidikan diri sendiri dan calon pasangan



C.



meningkatkan gaya hidup diri sendiri dan calon pasangan



D.



menikah dengan jodoh yang sudah ditentukan orang tua



E.



meningkatkan pergaulan agar dapat bebas memilih pasangan JAWABAN: A



Penjelasan: Cara eugenetika yang dapat dilakukan oleh seseorang yang akan menikah antara lain adalah tidak menikah dengan saudara atau kerabat dekat. Hal ini bertujuan untuk menghindari munculnya penyakit-penyakit resesif.



Contoh Soal 2 Perhatikan peta silsilah keluarga berikut ini. = laki-laki normal = perempuan normal = laki-laki buta warna = perempuan buta warna Berdasarkan peta silsilah tersebut, genotipe kedua orang tuanya adalah .... A.



XCY dan XCXc



B.



XcY dan XCXc



C.



XCY dan XCXC



D.



XcY dan XCXC



E.



XcY dan XcXc JAWABAN: B



Penjelasan: Untuk menentukan genotipe kedua orang tuanya, lihatlah dahulu fenotipe anak-anaknya. Pada peta silsilah keluarga tersebut, muncul anak perempuan buta warna (XcXc). Akan tetapi, ada anak laki-laki yang normal (XCY). Dengan demikian, dapat dipastikan bahwa genotipe ayahnya adalah XcY (penderita) dan genotipe ibunya adalah XCXc (normal carrier).



5



C. Penentuan Jenis Kelamin pada Manusia Jenis kelamin pada manusia ditentukan oleh sepasang kromosom kelamin, yaitu XX dan XY. Seorang wanita memiliki sepasang kromosom kelamin XX, sedangkan seorang pria memiliki sepasang kromosom kelamin XY. Pada saat pembentukan gamet, wanita menghasilkan ovum yang mengandung kromosom X, sedangkan pria menghasilkan sperma yang mengandung kromosom X atau Y. Jika sperma X membuahi ovum, akan dihasilkan anak perempuan karena terbentuk pasangan kromosom XX. Namun, jika sperma Y yang membuahi ovum, akan dihasilkan anak laki-laki karena terbentuk pasangan kromosom XY. Untuk lebih jelasnya, perhatikan diagram perkawinan berikut ini.



X



X



Y



XX



XY



= wanita



= pria



Dari diagram persilangan tersebut, tampak bahwa peluang untuk mendapatkan anak perempuan dan anak laki-laki adalah sama besar, yaitu 50%. Untuk mendapatkan anak dengan jenis kelamin tertentu, dapat digunakan teori kemungkinan dengan rumus binomium berikut.



( + p)



n



Keterangan:



1 ; 2 1 p = kemungkinan anak perempuan = 50% = ; dan 2 n = jumlah anak yang diharapkan.



 = kemungkinan anak laki-laki = 50% =



Contoh penggunaan rumus teori kemungkinan jenis kelamin ini dapat dilihat pada contoh soal berikut.



Contoh Soal 3 Sepasang suami istri ingin memiliki 3 orang anak dengan komposisi 2 laki-laki dan 1 perempuan. Berapa persen kemungkinan terpenuhinya harapan keluarga tersebut?



6



Penjelasan: Dengan menggunakan rumus binomium, diperoleh: ( + p)3 = 13 + 32p1 + 31p2 + p3 Oleh karena komposisi yang diharapkan adalah 2 laki-laki dan 1 perempuan, maka gunakan bagian rumus 32p1. Dengan demikian, diperoleh: 1



2  1 1 3   ×   = 0,75 × 0,5 = 0,375 × 100% = 37,5% 2 2



Jadi, kemungkinan terpenuhinya harapan keluarga tersebut adalah 37,5%.



Contoh Soal 4 Neneng dan Nanang ingin memiliki 4 anak yang semuanya laki-laki. Berapakah peluang untuk mendapatkan 4 anak laki-laki tersebut? Penjelasan: Dengan menggunakan rumus binomium, diperoleh: ( + p)4 = 4 + 43p1 + 62p2 + 41p3 + p4 Oleh karena komposisi yang diharapkan adalah 4 laki-laki, maka gunakan bagian rumus 4. Dengan demikian, diperoleh: 4



1 1 4 =   =  2  16



4



1  1 Jadi, peluang untuk mendapatkan 4 anak laki-laki tersebut adalah   = .  2  16



Contoh Soal 5



Anita dan Andi sedang merencanakan pernikahan. Mereka berencana untuk memiliki 4 orang anak yang terdiri atas 3 laki-laki dan 1 perempuan. Persentase kemungkinan harapan pasangan tersebut adalah .... A.



6,25%



B.



25%



C.



50%



D.



37,5%



E.



15% JAWABAN: B



7



Penjelasan: Besarnya kemungkinan mendapatkan anak laki-laki dan anak perempuan adalah sama, yaitu 50%. Jika pasangan tersebut ingin mempunyai 3 anak laki-laki dan 1 anak perempuan, besarnya kemungkinan harapan pasangan tersebut adalah sebagai berikut. ( + p)4 = 4 + 43p1 + 62p2 + 41p3 + p4 Oleh karena komposisi yang diharapkan adalah 3 laki-laki dan 1 perempuan, maka gunakan bagian rumus 43p1. Dengan demikian, diperoleh: 3



 1  1 4   ×   = 0 , 25 × 100% = 25% 2 2 Jadi, besarnya kemungkinan harapan pasangan tersebut mendapatkan 3 anak laki-laki dan 1 anak perempuan adalah 25%.



D. Sistem Golongan Darah Ada tiga sistem golongan darah yang umum digunakan, yaitu golongan darah sistem ABO, sistem rhesus, dan sistem MN.



1.



Golongan Darah Sistem ABO Golongan darah sistem ABO adalah golongan darah yang didasarkan pada perbedaan kandungan aglutinogen (antigen) dan aglutinin (antibodi). Aglutinogen adalah sejenis glikoprotein yang terdapat di permukaan eritrosit. Jika dilakukan transfusi darah dan aglutinogennya tidak sesuai, darah akan dianggap sebagai benda asing. Sementara itu, aglutinin adalah protein yang dihasilkan oleh sel limfosit B di dalam plasma darah. Aglutinin berfungsi untuk merespons benda asing. Ada empat macam golongan darah, yaitu A, B, AB, dan O. a.



Golongan darah A adalah golongan darah yang memiliki aglutinogen A dan aglutinin β.



b.



Golongan darah B adalah golongan darah yang memiliki aglutinogen B dan aglutinin α.



c.



Golongan darah AB adalah golongan darah yang memiliki aglutinogen A dan B, tetapi tidak memiliki aglutinin α dan β.



d.



Golongan darah O adalah golongan darah yang tidak memiliki aglutinogen A dan B, tetapi memiliki aglutinin α dan β.



8



Golongan darah tipe A, B, AB, dan O dikendalikan oleh alel ganda. Ada tiga macam gen yang mengendalikan golongan darah ini, yaitu IA, IB, dan IO atau i. Urutan dominansi gen-gen tersebut adalah IA = IB > i (I = isoaglutinogen). a.



Golongan darah A memiliki genotipe IAIA (homozigot) atau IAi (heterozigot).



b.



Golongan darah B memiliki genotipe IBIB (homozigot) atau IBi (heterozigot).



c.



Golongan darah AB memiliki genotipe IAIB.



d.



Golongan darah O memiliki genotipe IOIO atau ii.



Contoh Soal 6 Seorang wanita bergolongan darah A menikah dengan seorang pria bergolongan darah O. Berapa persen kemungkinan mendapatkan anak laki-laki bergolongan darah seperti ibunya? Penjelasan: Perhatikan diagram persilangan berikut. P



:



IAi



G



:



I



×



A



ii i



i F



1 2 1 ii = O = 2



: IAi = A =



Oleh karena kemungkinan mendapatkan anak laki-laki dan anak perempuan adalah sama, 1 yaitu , maka: 2 1 1 1 A = × = × 100% = 25% 2 2 4 Jadi, persentase kemungkinan mendapatkan anak laki-laki bergolongan darah seperti ibunya adalah 25%.



Contoh Soal 7 Seorang wanita bergolongan darah A menikah dengan seorang pria bergolongan darah B. Mereka ingin mempunyai 3 orang anak yang terdiri atas 2 anak bergolongan darah seperti ibunya dan 1 anak bergolongan darah seperti ayahnya. Berapakah peluang untuk mendapatkan anak-anak seperti yang mereka inginkan?



9



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangan berikut. P



:



IAi



G



:



IA



IB



i



i



F



:



×



1 IAIB = AB = 4 1 IAi = A = = a 4 1 IBi = B = = b 4 1 ii = O = 4



IBi



Dengan menggunakan rumus binomium, diperoleh: (a + b)3 = 1a3 + 3a2b1 + 3a1b2 + b3 Oleh karena komposisi yang diharapkan adalah 2 anak bergolongan darah seperti ibunya (a) dan 1 anak bergolongan darah seperti ayahnya (b), maka: 2



3  1  1 1 1 × = 3a b = 3   ×   = 3 × 64 4 4 4 16 2 1



Jadi, peluang untuk mendapatkan anak-anak seperti yang mereka inginkan adalah



2.



3 . 64



Golongan Darah Sistem Rhesus Golongan darah sistem rhesus adalah golongan darah yang didasarkan pada ada atau tidaknya antigen di permukaan membran plasma. Antigen tersebut adalah faktor rhesus. Ada dua golongan darah dalam sistem rhesus ini, yaitu golongan darah rhesus positif (Rh+) dan rhesus negatif (Rh–). Orang yang memiliki faktor Rh dikatakan bergolongan darah Rh+, sedangkan orang yang tidak memiliki faktor Rh dikatakan bergolongan darah Rh–. Rhesus dikendalikan oleh gen Rh dan alelnya rh. Jika seseorang memiliki rhesus positif, genotipe orang tersebut adalah RhRh atau Rhrh. Sementara itu, jika seseorang memiliki rhesus negatif, genotipenya adalah rhrh. Sistem rhesus sangat penting dalam suatu perkawinan, terutama jika pasangan suami istri memiliki rhesus yang berbeda. Ada tiga kemungkinan tipe perkawinan berdasarkan rhesus pasangan suami istri, yaitu sebagai berikut.



10



a.



Keduanya memiliki rhesus yang sama, positif semua atau negatif semua. Jika suami istri memiliki rhesus yang sama, anak-anak mereka akan lahir dengan selamat. Hal ini terjadi karena mereka memiliki tipe rhesus yang sama dengan kedua orang tuanya. Oleh karena tipe rhesusnya sama dengan orang tuanya, maka selama kehamilan, embrio tidak mengalami penggumpalan.



b.



Suami memiliki rhesus negatif dan istri memiliki rhesus positif. Jika suami memiliki rhesus negatif dan istri memiliki rhesus positif, anak-anak mereka akan memiliki rhesus positif atau negatif. Jika embrio yang dikandung ibu memiliki rhesus negatif, darah ibu tidak akan menggumpalkan embrio tersebut, sehingga bisa lahir dengan selamat.



c.



Suami memiliki rhesus positif dan istri memiliki rhesus negatif. Jika suami memiliki rhesus positif dan istri memiliki rhesus negatif, anak-anak mereka akan memiliki rhesus positif atau negatif. Jika embrio yang dikandung ibu memiliki rhesus negatif, tidak akan timbul masalah dan bayi dapat lahir dengan selamat. Namun, jika anak yang dikandung memiliki rhesus positif, biasanya pada kehamilan pertama anak tersebut dapat lahir dengan selamat. Akan tetapi, jika anak kedua juga memiliki rhesus positif, antibodi ibu akan menyerang janin. Keadaan ini disebut dengan eritroblastosis fetalis, yaitu anemia akut akibat sel-sel darah merah mengalami hemolisis (pecah) yang hebat. Keadaan ini dapat mengancam keselamatan jiwa bayi tersebut.



3.



Golongan Darah Sistem MN Golongan darah sistem MN adalah golongan darah yang didasarkan pada ada atau tidaknya jenis antigen glikoprotein yang terdapat pada membran sel-sel darah merah, yaitu glikoforin A. Ada dua macam antigen glikoforin, yaitu antigen glikoforin-M dan antigen glikoforin-N. Kedua jenis antigen ini tidak membentuk antibodi jika ditransfusikan dari golongan darah satu ke golongan darah lainnya. Akan tetapi, reaksi akan muncul jika antigen tersebut ditransfusikan ke dalam tubuh kelinci. Tubuh kelinci akan membentuk antibodi, yaitu anti-M atau anti-N. Jika zat tersebut disuntikkan ke dalam darah manusia, akan terjadi reaksi. Ada tiga golongan darah pada sistem ini, yaitu golongan darah M, N, dan MN. Golongan darah M adalah golongan darah yang menunjukkan reaksi penggumpalan jika disuntik dengan serum anti-M. Golongan darah N adalah golongan darah yang menunjukkan reaksi penggumpalan jika disuntik dengan serum anti-N. Sementara itu, golongan darah MN adalah golongan darah yang menunjukkan reaksi penggumpalan terhadap kedua anti serum tersebut.



11



Golongan darah M, N, dan MN dikendalikan oleh gen-gen kodominan, yaitu gen L dan gen LN. Golongan darah M memiliki genotipe LMLM, golongan darah N memiliki genotipe LNLN, dan golongan darah MN memiliki genotipe LMLN. M



Contoh Soal 8 Wanita bergolongan darah rhesus negatif, MN menikah dengan pria bergolongan darah rhesus positif, N. Berapakah peluang: a.



mendapatkan anak bergolongan darah rhesus negatif, MN?



b.



mendapatkan hanya anak pertama bergolongan darah rhesus positif, jika pasangan tersebut memiliki 3 orang anak?



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangan berikut. P



rhrh, LMLN ×



:



Rhrh, LNLN



Untuk rhesus: P



:



rhrh



×



Rhrh



G



:



rh



F



:



Rhrh = rhesus positif =



Rh, rh



1 = 50% 2 1 rhrh = rhesus negatif = = 50% 2



Untuk MN: P



:



LMLN



×



LNLN



G



:



LM, LN



F



:



a.



Peluang mendapatkan anak bergolongan darah rhesus negatif, MN:



b.



1 1 1 × = 2 2 4 1 Jadi, peluang mendapatkan anak bergolongan darah rhesus negatif, MN adalah . 4 Peluang mendapatkan hanya anak pertama yang bergolongan darah rhesus positif



LN 1 LMLN = MN = = 50% 2 1 LNLN = N = = 50% 2



dari 3 anak:



12



K ( +, -, - ) =



1 1 1 1 × × = 8 2 2 2



Jadi, peluang mendapatkan hanya anak pertama yang bergolongan darah rhesus positif 1 dari 3 anak adalah . 8



Contoh Soal 9 Seorang wanita bergolongan darah A, rhesus positif menikah dengan seorang pria bergolongan darah O, rhesus negatif. Besarnya kemungkinan mendapatkan anak laki-laki yang bergolongan darah seperti ibunya adalah .... A.



50%



B.



6,25%



C.



12,5%



D.



37,5%



E.



25% JAWABAN: C



Penjelasan: Wanita bergolongan darah A, rhesus positif yang tidak diketahui genotipenya apakah homozigot atau heterozigot, dianggap heterozigot. Dengan demikian,diagram persilangannya adalah sebagai berikut. P



IAi, Rhrh



:



×



ii, rhrh



Persilangan untuk golongan darah ABO: P



:



IAi



G



:



IA



×



ii i



i F



:



1 2 1 ii = O = 2



IAi = A =



Persilangan untuk golongan darah Rhesus: P



:



Rhrh



G



:



Rh, rh



×



rhrh rh



13



F



:



1 2 1 rhrh = rhesus negatif = 2



Rhrh = rhesus positif =



Kemungkinan untuk jenis kelamin laki-laki =



1 1 dan perempuan = . 2 2



Dengan demikian, kemungkinan mendapatkan anak laki-laki yang bergolongan darah seperti ibunya adalah sebagai berikut. 1 1 1 × × × 100% = 12,5% 2 2 2 Jadi, kemungkinan mendapatkan anak laki-laki yang bergolongan darah seperti ibunya adalah 12,5%.



14



Kurikulum Kurikulum2006/2013 xxx



biologi



Kel a s



XII



KELAINAN GENETIS PADA MANUSIA Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami kelainan-kelainan genetik yang dibawa oleh gen dominan autosomal. 2. Memahami kelainan-kelainan genetik yang dibawa oleh gen semidominan dan resesif autosomal. 3. Memahami kelainan-kelainan genetik yang dibawa oleh gonosom X dan Y. 4. Memahami kelainan-kelainan genetik yang dipengaruhi oleh hormon kelamin. 5. Dapat menyelesaikan permasalahan terkait pewarisan sifat pada manusia.



A. Kelainan-Kelainan Genetik yang Dibawa oleh Autosom dan Bersifat Dominan Banyak kelainan genetik yang dapat ditemukan pada manusia. Kelainan-kelainan ini dibawa oleh kromosom tubuh (autosom) dan kromosom kelamin (gonosom). Kelainankelainan tersebut dapat bersifat dominan atau resesif. Ciri-ciri kelainan genetik yang disebabkan oleh gen dominan adalah sebagai berikut. 1.



Sifat tersebut mungkin ada pada pria maupun wanita.



2.



Sifat tersebut juga terdapat pada salah satu orang tua pasangan.



3.



Pola pewarisan bersifat vertikal, artinya tiap generasi pasti ada yang memiliki sifat tersebut.



4.



Jika sifat yang diwariskan berupa penyakit keturunan, pernikahan antara anakanak yang tidak menderita penyakit ini dan pasangan normal akan menghasilkan keturunan yang normal juga.



5.



Sekitar 50% anak yang dilahirkan akan mewarisi sifat tersebut, meskipun salah satu pasangan tidak memiliki sifatnya.



Beberapa kelainan yang disebabkan oleh gen dominan autosomal adalah sebagai berikut. 1.



Kemampuan mengecap PTC Kemampuan mengecap PTC merupakan kemampuan lidah untuk merasakan pahit atau tidaknya suatu zat PTC (phenylthiocarbamide). Jika dapat merasakan pahitnya PTC, orang tersebut digolongkan tester. Namun, jika tidak dapat merasakan pahitnya PTC, orang tersebut digolongkan nontester. Orang yang tergolong tester memiliki genotipe TT (homozigot) atau Tt (heterozigot). Sementara orang yang tergolong nontester memiliki genotipe tt.



2.



Huntington Huntington merupakan kelainan yang dapat menyebabkan terjadinya degenerasi pada sistem saraf. Gejala penyakit ini antara lain adalah hilangnya konsentrasi, mudah lupa, cadel ketika berbicara, depresi, kesulitan makan, serta sering melakukan gerakan abnormal yang tidak disadari pada kaki, jari, dan wajah. Gejala nyata kelainan ini baru muncul setelah memasuki usia 35 – 44 tahun.



3.



Dentinogenesis imperfecta Dentinogenesis imperfecta adalah kelainan pada gigi manusia berupa dentin putih seperti susu (opalesen). Pada hasil rontgen, email tampak normal. Namun, ruangruang pulpa dan saluran akar gigi terhapus oleh dentin abnormal. Jika diamati, ada penambahan perbatasan pada hubungan antara mahkota dan akar gigi molar. Gen yang berpengaruh pada kelainan ini adalah gen dominan D.



4.



Anonychia (Anonikia) Anonychia (anonikia) adalah kelainan berupa tidak adanya kuku pada sebagian jari. Penderita kelainan ini memiliki genotipe AA (homozigot) atau Aa (heterozigot). Sementara individu normal memiliki genotipe aa.



5.



Retinal aplasia Retinal aplasia merupakan kelainan pada mata yang menyebabkan kebutaan sejak lahir. Kelainan ini ditemukan 10% dari kasus kebutaan. Penyebab retinal aplasia adalah gen dominan Ra. Penderita memiliki genotipe RaRa (homozigot) atau Rara (heterozigot). Sementara individu normal memiliki genotipe rara.



6.



Katarak Katarak merupakan kelainan pada mata yang memiliki risiko menimbulkan kebutaan. Gen yang berpengaruh pada kelainan ini adalah gen dominan K. Penderita



2



memiliki genotipe KK (homozigot) atau Kk (heterozigot). Sementara individu normal memiliki genotipe kk. 7.



Hipertensi Hipertensi merupakan penyakit akibat tekanan darah berada di atas tekanan darah normal. Ekspresi penyakit ini umumnya muncul pada usia dewasa dan dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor-faktor tersebut antara lain adalah obesitas, polusi udara, kurang olahraga, stress, dan nutrisi. Pengendali hipertensi adalah gen H, sehingga genotipe penderitanya adalah HH atau Hh. Sementara individu normal genotipenya adalah hh.



8.



Sindrom marfan Sindrom marfan merupakan sindrom yang mempunyai ciri-ciri sebagai berikut.



9.



a.



Tangan dan jari-jari kecil (araknodaktili).



b.



Perawakan tubuh kecil.



c.



Seringkali disertai kelainan pada tulang belakang (skoliosis, kifosis, atau lordosis).



d.



Tulang skapula bersayap.



e.



Tulang dada seperti burung.



f.



Otot tidak berkembang.



g.



Mengalami defisiensi lemak akut.



Progeria Progeria merupakan kelainan berupa penuaan dini. Pada waktu dilahirkan, penderita tampak normal. Akan tetapi, pada usia 2 – 3 tahun, mulai terjadi gejala penuaan seperti pengerasan arteri, kerontokan rambut, dan lemak di bawah kulit mulai menghilang (keriput).



10. Akondroplasia Akondroplasia merupakan kelainan berupa kekerdilan (cebol) yang disebabkan oleh adanya kelainan pada epifisis atau penulangan pada kartilago. Ciri-ciri penderita kelainan ini antara lain adalah anggota badan pendek, muka kecil, dan bentuk kepala seperti kubah. 11. Tilosis (hyperkeratosis) Tilosis (hyperkeratosis) adalah penebalan kulit pada telapak tangan atau telapak kaki. Penderita tilosis cenderung terkena kanker esofagus yang dapat menyebabkan kematian. 12. Sindrom achoo Sindrom achoo adalah kelainan berupa sindrom bersin yang kronis.



3



13. Thalasemia Thalasemia adalah kelainan darah yang ditandai dengan eritrosit berbentuk lonjong dan kecil-kecil, sehingga daya ikat terhadap oksigen rendah. Thalasemia mengakibatkan penyakit anemia. Penderita thalasemia mengalami kelainan pada gen-gen yang mengatur pembentukan rantai globin. Akibatnya, terjadi kerusakan atau pecahnya eritrosit. Beberapa ciri lain dari penderita thalasemia adalah sebagai berikut. a.



Kandungan zat besi pada tubuh sangat tinggi.



b.



Pembengkakan pada limpa dan hati.



c.



Wajah sembab dan pangkal hidung terbenam.



d.



Tulang panjang mudah patah.



e.



Tulang tengkorak dan muka menebal.



Ada dua tipe thalasemia, yaitu thalasemia mayor dan thalasemia minor. Thalasemia mayor bergenotipe ThTh, bersifat subletal, dan menyebabkan kematian pada usia muda. Thalasemia minor bergenotipe Thth dan mengakibatkan anemia yang tidak parah. Sementara itu, individu normal bergenotipe thth. 14. Kelainan pada jari, yaitu polidaktili, brakidaktili, dan sindaktili a.



Polidaktili Polidaktili adalah kelainan yang menyebabkan jumlah jari lebih dari lima, bisa di tangan atau di kaki. Jari tambahan ini dapat tumbuh di tempat yang berbedabeda, bisa di dekat kelingking atau ibu jari. Bentuknya pun bisa seperti jari sempurna, abnormal, atau hanya berbentuk benjolan kecil. Penderita polidaktili bergenotipe PP atau Pp, sedangkan orang berjari normal bergenotipe pp.



b.



Brakidaktili Brakidaktili adalah kelainan yang menyebabkan tulang ruas jari menjadi pendek, baik pada ruas jari kaki atau pada jari tangan. Kelainan ini disebabkan oleh gen B yang bersifat letal jika dalam keadaan homozigot (BB). Sementara itu, penderita brakidaktili memiliki genotipe heterozigot (Bb) dan individu normal memiliki genotipe bb.



c.



Sindaktili Sindaktili adalah kelainan yang menyebabkan jari-jari tangan atau kaki saling berlekatan. Kelainan ini dikendalikan oleh gen S yang dalam keadaan homozigot (SS) tidak bersifat letal.



4



Contoh Soal 1 Seorang pria yang dapat merasakan pahitnya PTC menikah dengan seorang wanita yang memiliki sifat yang sama. Jika keduanya bergenotipe heterozigotik, besarnya kemungkinan mendapatkan anak perempuan yang tidak dapat merasakan pahitnya PTC adalah .... A.



12,5%



B.



15%



C.



6,25%



D.



25%



E.



50% JAWABAN: A



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangan berikut. P



:



G



:



F



:



Tt



×



Tt



T



T



t



t



1 TT = merasakan PTC



3 4



2 Tt = merasakan PTC



1 4 1 Oleh karena kemungkinan mendapatkan anak perempuan adalah , maka besarnya 2 kemungkinan mendapatkan anak perempuan yang tidak dapat merasakan pahitnya PTC adalah sebagai berikut. 1 tt = tidak merasakan PTC =



1 1 × × 100% = 12,5 % 2 4 Jadi, besarnya kemungkinan mendapatkan anak perempuan yang tidak dapat merasakan pahitnya PTC adalah 12,5%.



5



B. Kelainan Genetik Terpaut Autosom yang Bersifat Semidominan dan Resesif 1. Kelainan Genetik yang Disebabkan oleh Gen Semidominan Kelainan genetik yang disebabkan oleh gen semidominan adalah sistinuria. Sistinuria merupakan kelainan yang menyebabkan tubuh terlalu banyak mensekresikan asam amino sistein. Asam amino jenis ini sukar larut dalam air, sehingga dapat menimbulkan endapan berupa batu ginjal. Genotipe homozigot (CC) adalah penderita batu ginjal, sedangkan genotipe heterozigot (Cc) mensekresikan sistein tetapi tidak menimbulkan endapan batu ginjal. Sementara itu, individu normal bergenotipe cc.



2.



Kelainan Genetik yang Disebabkan oleh Gen Resesif Ciri-ciri kelainan genetik yang disebabkan oleh gen resesif adalah sebagai berikut. a.



Sifat tersebut mungkin ada pada pria maupun wanita.



b.



Sifat tersebut hanya muncul jika dalam keadaan homozigot resesif. Jika dalam keadaan heterozigot, secara fenotipe tidak tampak. Namun, dapat muncul pada keturunan berikutnya.



c.



Pola pewarisan tidak bersifat vertikal, artinya sifat ini tidak muncul pada setiap generasi.



d.



Jika menikah dengan orang yang normal, keturunannya akan mewarisi kelainan tersebut sebagai carrier (pembawa).



e.



Pada umumnya, kedua orang tua dan anak-anak dari penderita yang memiliki gen resesif homozigot adalah normal.



f.



Sering terjadi pada perkawinan sedarah.



g.



25% saudara kandung penderita akan sakit.



h.



Orang tua biasanya bukan penderita.



i.



Dua orang tua yang sakit tidak dapat memiliki anak yang normal.



Beberapa kelainan yang disebabkan oleh gen resesif autosomal adalah sebagai berikut. a.



Albino Albino adalah penyakit menurun yang ditandai dengan tidak adanya pigmen pada kulit, rambut, dan mata. Penyebab penyakit albino adalah tubuh tidak mempunyai enzim tirosinase yang berperan mengubah tirosin menjadi melanin. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut. 1.)



AA dan Aa = individu berkulit normal.



2.)



aa = individu albino.



6



b.



Siklemia Siklemia adalah kelainan pada sel darah merah, yaitu sel-selnya berbentuk seperti bulan sabit. Siklemia mengakibatkan daya ikat terhadap oksigen rendah dan menimbulkan penyakit anemia pada penderitanya. Siklemia disebut juga dengan sickle cell anemia. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



c.



1.)



SS dan Ss = individu normal.



2.)



ss = individu penderita.



Fibrosis sistik Fibrosis sistik adalah kelainan yang menyebabkan tidak adanya suatu jenis protein pada membran sel yang membantu transport ion klorida. Akibatnya, ion klorida di luar sel lebih tinggi daripada di dalam sel. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



d.



1.)



FsFs dan Fsfs = individu normal.



2.)



fsfs = individu penderita.



Galaktosemia Galaktosemia adalah ketidakmampuan tubuh untuk menghasilkan enzim pemecah galaktosa. Kadar galaktosa yang tinggi dalam darah penderita akan menyebabkan kerusakan hati, otak, dan mata. Tanda-tanda yang muncul pada individu dengan penyakit galaktosemia adalah kekurangan nutrisi, diare, dan muntah-muntah. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



e.



1.)



GG dan Gg = individu normal.



2.)



gg = individu penderita.



Xeroderma pigmentosum Xeroderma pigmentosum adalah kelainan pigmentasi yang menyebabkan kulit sangat peka terhadap sinar matahari. Tanda-tanda yang muncul pada kulit penderita penyakit xeroderma pigmentosum adalah timbul bercak-bercak, melepuh, dan rentan terhadap kanker kulit pada usia lanjut. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



f.



1.)



PxPx dan Pxpx = individu normal.



2.)



pxpx = individu penderita.



Gangguan mental Gangguan mental terjadi karena tubuh tidak mampu membentuk enzim fenilalanin hidroksilase untuk mengubah fenilalanin menjadi tirosin. Jika urin penderita direaksikan dengan larutan ferioksida, akan dihasilkan warna hijau kebiruan karena mengandung derivat fenilketonuria (PKU). Tingkat gangguan mental beragam, yaitu



7



debil (IQ 50 – 69), imbisil (IQ 25 – 49), dan idiot (IQ < 25). Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



g.



1.)



FeFe dan Fefe = individu normal.



2.)



fefe = individu penderita.



Alkaptonuria Alkaptonuria adalah kelainan yang terjadi pada metabolisme tirosin. Hal ini disebabkan karena seseorang tidak mempunyai enzim yang seharusnya mengubah alkapton (asam homogetisin) menjadi asam asetoasetat sampai menjadi H2O dan CO2. Alkapton akan keluar dari tubuh penderita bersama kemih. Segera setelah terkena udara, kemih ini akan berubah warna menjadi cokelat atau hitam. Alkapton juga masuk ke dalam darah dan diedarkan ke seluruh tubuh. Timbunan alkapton ini akan diendapkan pada badan, tulang rawan, dan lendon (urat). Adakalanya, alkapton juga diendapkan pada persendian, sehingga pada usia tua menimbulkan rasa nyeri di kaki dan tulang punggung. Timbunan alkapton di tubuh biasanya tampak sebagai noda-noda hitam pada bola mata, hidung, dan telinga. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



h.



1.)



AlAl dan Alal = individu normal.



2.)



alal = individu penderita.



Tay-Sachs Tay-Sachs adalah penyakit yang menyerang sistem saraf pusat pada bayi laki-laki maupun perempuan dan dapat berakibat fatal. Bayi dengan kelainan ini pada awal kelahirannya masih dapat berkembang secara normal. Namun, setelah bayi memasuki usia 6 bulan, mulai muncul tanda-tanda bahwa bayi tersebut mengalami gangguan, seperti penurunan kemampuan mental dan fisik. Bayi akan mulai berhenti tersenyum, merangkak, berbalik, dan secara perlahan biasanya akan mengalami kebutaan dan kelumpuhan. Kondisi semacam ini merupakan penyakit serius yang dapat menyebabkan kematian. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



i.



1.)



TsTs dan Tsts = individu normal.



2.)



tsts = individu penderita.



Spinal Muskular Atrofi (SMA) Spinal Muskular Atrofi (SMA) adalah penyakit yang menyerang saraf motorik (saraf yang mengendalikan otot-otot untuk bergerak), sehingga menyebabkan kelumpuhan. Penyakit ini tidak menyerang aktivitas intelektual penderita. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut. 1.)



SaSa dan Sasa = individu normal.



2.)



sasa = individu penderita.



8



Contoh Soal 2 Apabila seorang laki-laki berkulit normal heterozigot menikah dengan seorang perempuan albino, perbandingan keturunan yang dihasilkan adalah .... A.



50% anak normal homozigot : 25% anak albino : 25% anak normal heterozigot



B.



50% anak normal heterozigot : 25% anak normal homozigot : 25% anak albino



C.



50% anak albino : 50% anak normal heterozigot



D.



75% anak albino : 25% anak normal



E.



75% anak normal : 25% anak albino JAWABAN: C



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangan berikut. P G



: :



Aa



×



aa



normal



albino



A



a



a F



:



Aa = kulit normal heterozigot = 50% aa = kulit albino= 50%



Jadi, perbandingan keturunannya adalah 50% anak albino : 50% anak normal heterozigot.



C. Kelainan-Kelainan Genetik yang Terpaut pada Gonosom Selain dibawa oleh autosom, ada beberapa kelainan genetik yang dibawa oleh gonosom, baik gonosom X maupun gonosom Y. Kelainan yang dibawa oleh gonosom X akan diwariskan pada anak laki-laki maupun anak perempuan secara criss-cross inheritance (pewarisan bersilang). Sementara kelainan yang dibawa oleh gonosom Y akan diwariskan pada anak laki-laki saja.



1.



Kelainan Genetik yang Dibawa oleh Gonosom X a.



Disebabkan oleh Gen Dominan Kelainan genetik yang disebabkan oleh gen dominan dan terpaut gonosom X adalah sebagai berikut.



9



1.)



Gigi defektif Gigi defektif adalah kelainan yang menyebabkan email gigi tersusun dalam lajur-lajur vertikal yang tidak rata, kasar, dan keras. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



2.)



•



XDdXDd dan XDdXdd = perempuan penderita



•



XDdY = laki-laki penderita



•



XddXdd = perempuan normal



•



XddY = laki-laki normal



Sindrom rett Sindrom rett adalah kelainan yang menyebabkan hilangnya kemampuan komunikasi dan keterampilan sosial seseorang. Kelainan ini terjadi secara perlahan-lahan, dimulai sejak usia 1 – 4 tahun. Biasanya sindrom rett terjadi pada anak perempuan. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



3.)



•



XRXR = perempuan penderita



•



XRY = laki-laki penderita



•



XrXr = perempuan normal



•



XrY = laki-laki normal



Gigi tanpa email (anemail) Gigi tanpa email (anemail) adalah kelainan yang menyebabkan gigi tidak memiliki email, sehingga mudah rusak. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



4.)



•



XAdXAd = perempuan penderita



•



XAdY = laki-laki penderita



•



XadXad = perempuan normal



•



XadY = laki-laki normal



Gigi cokelat Gigi cokelat adalah kelainan yang menyebabkan gigi tidak dapat putih, melainkan kecokelatan seperti warna gigi pecandu minuman kopi atau seperti gigi perokok. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut. •



XBdXBd = perempuan penderita



•



XBdY = laki-laki penderita



•



XbdXbd = perempuan normal



•



XbdY = laki-laki normal



10



SUPER "Solusi Quipper" Untuk mengingat kelainan genetik yang disebabkan oleh gen dominan dan terpaut gonosom X, kamu dapat menggunakan cara SUPER berikut. Dicoret Animal Gigi Defektif, Gigi Cokelat, Sindrom Rett, Anemail



b.



Disebabkan oleh Gen Resesif Kelainan genetik yang disebabkan oleh gen resesif dan terpaut gonosom X adalah sebagai berikut. 1.)



Buta warna Buta warna adalah kelainan yang menyebabkan seseorang tidak dapat membedakan warna-warna tertentu akibat gangguan pada sel-sel kerucut mata. Ada dua tipe buta warna, yaitu buta warna total dan buta warna parsial. Penderita buta warna total tidak dapat membedakan semua warna. Sementara itu, penderita buta warna parsial hanya dapat membedakan warna-warna tertentu. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



2.)



•



XCXC dan XCXc = perempuan normal



•



XCY = laki-laki normal



•



XcXc = perempuan penderita



•



XcY = laki-laki penderita



Hemofilia Hemofilia adalah kelainan yang menyebabkan darah seseorang sukar membeku jika terjadi luka. Hemofilia terjadi karena darah penderita tidak mengandung zat antihemofilia globulin. Akibatnya, tubuh tidak mampu membentuk tromboplastin yang berperan dalam pembekuan darah. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



3.)



•



XHXH dan XHXh = perempuan normal



•



XHY = laki-laki normal



•



XhXh = perempuan penderita



•



XhY = laki-laki penderita



Anodontia Anadontia adalah kelainan yang menyebabkan penderita tidak memiliki gigi (ompong). Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



11



4.)



•



XAXA dan XAXa = perempuan normal



•



XAY = laki-laki normal



•



XaXa = perempuan penderita



•



XaY = laki-laki penderita



Amolar Amolar adalah kelainan yang menyebabkan gigi tetap pada penderita tidak tumbuh, meskipun gigi susu tumbuh. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



5.)



•



XAmXAm dan XAmXam = perempuan normal



•



XAmY = laki-laki normal



•



XamXam = perempuan penderita



•



XamY = laki-laki penderita



Sindrom fragile X Sindrom fragile X adalah keterbelakangan mental akibat adanya pelekukan pada ujung lengan panjang kromosom X. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



6.)



•



XFxXFx dan XFxXfx = perempuan normal



•



XFxY = laki-laki normal



•



XfxXfx = perempuan penderita



•



XfxY = laki-laki penderita



Sindrom Lesch-Nyhan Sindrom Lesch-Nyhan adalah kelainan yang menyebabkan penderita mengalami defisiensi enzim hipoksanti-guanin fosforil transferase (HGPRT). Sindrom Lesch-Nyhan mengakibatkan sakit encok yang parah, gangguan ginjal, degenerasi motorik, gerakan berulang-ulang pada lengan dan kaki, gangguan mental, wajah meringis, serta kematian di usia muda. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



7.)



•



XLnXLn dan XLnXln = perempuan normal



•



XLnY = laki-laki normal



•



XlnXln = perempuan penderita



•



XlnY = laki-laki penderita



Distrofi otot Distrofi otot adalah kelainan berupa tidak adanya satu jenis protein otot distrofin, sehingga otot melemah dan kehilangan keseimbangan badan. Pada



12



umumnya, penderita distrofi otot meninggal pada usia kurang dari 20 tahun. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



2.



•



XDfXDf dan XDfXdf = perempuan normal



•



XDfY = laki-laki normal



•



XdfXdf = perempuan penderita



•



XdfY = laki-laki penderita



Kelainan Genetik yang Dibawa oleh Gonosom Y Kelainan genetik yang disebabkan oleh gonosom Y adalah sebagai berikut. a.



Webbed toes Webbed toes adalah kelainan yang menyebabkan terjadinya pertumbuhan selaput di antara jari-jari kaki, sehingga mirip jari katak. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



b.



1.)



XYW = laki-laki normal.



2.)



XYw = laki-laki penderita.



Hypertrichosis Hypertrichosis adalah pertumbuhan rambut yang berlebihan pada daun telinga, wajah, atau anggota tubuh lainnya. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



c.



1.)



XYH = laki-laki normal.



2.)



XYh = laki-laki penderita.



Hystrix gravior Hystrix gravior adalah pertumbuhan rambut yang panjang dan kasar seperti duri landak di kulit. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



d.



1.)



XYHg = laki-laki normal.



2.)



XYhg = laki-laki penderita.



Ichtyosis congenital Ichtyosis congenital adalah suatu kelainan yang ditandai dengan kulit kasar dan kering seperti sisik ikan. Genotipe untuk kelainan genetik ini adalah sebagai berikut.



3.



1.)



XYIc = laki-laki normal.



2.)



XYic = laki-laki penderita.



Kelainan yang Dipengaruhi oleh Hormon Kelamin Kelainan genetik yang disebabkan oleh hormon kelamin adalah sebagai berikut.



13



a.



Kebotakan Kebotakan dikendalikan oleh gen dominan autosomal. Dalam keadaan homozigot, baik laki-laki maupun perempuan, semuanya botak. Namun, dalam keadaan heterozigot, laki-laki botak dan perempuan tidak botak. Keadaan tidak botak, baik pada laki-laki maupun perempuan adalah jika genotipe mereka homozigot resesif. Penurunan sifat botak dapat digambarkan pada tabel berikut ini. Fenotipe Kebotakan



Genotipe



b.



Pria



Wanita



BB



botak



botak



Bb



botak



tidak botak



bb



tidak botak



tidak botak



Panjang jari telunjuk Jika jari telunjuk dan jari manis disejajarkan di atas bidang datar, akan tampak dua kemungkinan, yaitu jari telunjuk lebih pendek atau jari telunjuk lebih panjang daripada jari manis. Jari telunjuk yang lebih pendek disebut jari pendek. Jari pendek ini dikendalikan oleh gen dominan. Pada keadaan homozigot dominan, baik lakilaki maupun perempuan, keduanya akan berjari pendek. Namun, jika genotipenya heterozigot, laki-laki akan berjari pendek, sedangkan perempuan akan berjari panjang. Sementara itu, laki-laki dan perempuan akan berjari panjang dalam keadaan homozigot resesif. Penurunan sifat panjang jari telunjuk dapat digambarkan pada tabel berikut ini. Fenotipe Panjang Jari Telunjuk



Genotipe



Pria



Wanita



TT



jari pendek



jari pendek



Tt



jari pendek



jari panjang



tt



jari panjang



jari panjang



Contoh Soal 3 Seorang pria penderita buta warna menikah dengan seorang wanita yang normal carrier. Kemungkinan perbandingan fenotipe anak laki-lakinya yang normal dan buta warna adalah ....



14



A.



50% : 50%



B.



75% : 25%



C.



25% : 75%



D.



12,5% : 87,5%



E.



30% : 70% JAWABAN: A



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangan berikut. P



XcY



:



×



pria buta warna G



F



:



XCXc wanita normal carrier



Xc



XC



Y



Xc



XCXc = wanita normal carrier



:



XcXc = wanita buta warna XCY = pria normal XcY = pria buta warna



50% : 50%



Jadi, perbandingan fenotipe anak laki-laki yang normal dan buta warna adalah 50% : 50% atau 1 : 1.



Contoh Soal 4 Seorang laki-laki botak heterozigotik menikah dengan seorang wanita berambut normal heterozigotik. Kemungkinan mendapatkan anak perempuan berambut normal adalah .... A.



12,5%



B.



6,25%



C.



50%



D.



15%



E.



75% JAWABAN: E



15



Penjelasan: Perhatikan diagram persilangan berikut. P



:



Bb



×



Bb



botak



normal B, b



G



:



B, b



F



:



1 BB = botak = 2 Bb = normal 1 bb = normal



1 = 25% 4 3 = 75% 4



Jadi, kemungkinan mendapatkan anak perempuan berambut normal adalah 75%.



16



Kurikulum Kurikulum2006/2013 xxx



Kel a s



biologi



XII



MUTASI Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami definisi dan jenis-jenis mutasi. 2. Memahami mutasi gen dan jenis-jenisnya. 3. Memahami mutasi kromosom yang terjadi karena perubahan struktur kromosom. 4. Memahami mutasi kromosom yang terjadi karena perubahan jumlah kromosom. 5. Memahami kelainan-kelainan yang ditimbulkan oleh mutasi. 6. Memahami macam-macam mutagen dan peranan mutasi dalam salingtemas.



A. Pendahuluan Mutasi adalah perubahan materi genetik di dalam tubuh mahluk hidup yang terjadi secara alami atau buatan. Materi genetik yang mengalami perubahan ini bisa berupa kromosom atau gen. Makhluk hidup yang mengalami mutasi disebut mutan, sedangkan faktor penyebab mutasi disebut mutagen. Sementara itu, peristiwa terjadinya mutasi disebut mutagenesis. Mutasi ada yang bisa diturunkan, ada pula yang tidak bisa diturunkan. Mutasi yang bisa diturunkan biasanya terjadi pada sel-sel gamet, sedangkan mutasi yang tidak bisa diturunkan biasanya terjadi pada sel somatik. Beberapa ilmuwan telah mengamati tentang peristiwa-peristiwa mutasi, di antaranya adalah sebagai berikut. 1.



Seth Wright Pada tahun 1791, Seth Wright meneliti tentang anak domba berkaki pendek.



2.



Hugo de Vries Pada tahun 1901, Hugo de Vries meneliti tentang perubahan fenotipe pada bunga Oenothera lamarckiana. Ia kemudian menyusun teori bahwa variasi genetik bersifat menurun dan konstan. Sementara itu, variasi lingkungan tidak bersifat menurun dan tidak konstan.



3.



Thomas Hunt Morgan Pada tahun 1910, Thomas Hunt Morgan menemukan lalat buah Drosophila jantan yang bermata putih. Lalat buah jantan bermata putih dicurigai sebagai mutan, karena lalat buah jantan lainnya bermata merah.



4.



Herman J. Muller Pada tahun 1926, Herman J. Muller melakukan penelitian dengan objek lalat buah Drosophila yang diinduksi dengan bahan radioaktif.



B. Jenis-Jenis Mutasi Penggolongan mutasi ada beberapa macam, antara lain adalah sebagai berikut. 1.



Berdasarkan sel yang mengalaminya Berdasarkan sel yang mengalaminya, mutasi dibagi menjadi dua macam, yaitu mutasi somatik dan mutasi gametik.



2.



a.



Mutasi somatik yaitu mutasi yang terjadi pada sel-sel somatik atau sel-sel tubuh. Mutasi ini hanya diturunkan pada sel-sel tubuh hasil pembelahan mitosis dan tidak diwariskan pada keturunannya.



b.



Mutasi germinal atau gametik yaitu mutasi yang terjadi pada sel-sel gamet. Mutasi ini dapat diwariskan pada keturunannya.



Berdasarkan akibat yang ditimbulkan Berdasarkan akibat yang ditimbulkan, mutasi dibagi menjadi dua macam, yaitu mutasi menguntungkan dan mutasi merugikan.



3.



a.



Mutasi menguntungkan yaitu mutasi yang menghasilkan organisme yang bersifat adaptif terhadap lingkungan.



b.



Mutasi merugikan yaitu mutasi yang menghasilkan organisme yang tidak adaptif terhadap lingkungan.



Berdasarkan faktor penyebabnya Berdasarkan faktor penyebabnya, mutasi dibagi menjadi dua macam, yaitu mutasi alami dan mutasi buatan. a.



Mutasi alami yaitu mutasi yang terjadi karena faktor-faktor alam, tanpa campur tangan manusia. Mutasi alami berlangsung secara lambat dan jarang terjadi.



2



Penyebab mutasi alami antara lain adalah radiasi sinar kosmis, bahan radioaktif alami, sinar ultraviolet matahari, kesalahan proses replikasi DNA, dan kesalahan proses translasi oleh tRNA saat sintesis protein. b.



4.



Mutasi buatan yaitu mutasi yang sengaja dilakukan oleh manusia. Mutasi buatan dapat dilakukan dengan menyisipkan gen-gen asing pada organisme tertentu, atau dengan menggunakan radiasi dan bahan-bahan kimia penyebab mutasi lainnya.



Berdasarkan tingkatannya Berdasarkan tingkatannya, mutasi dibagi menjadi dua macam, yaitu mutasi gen dan mutasi kromosom.



5.



a.



Mutasi gen yaitu mutasi yang terjadi pada gen. Mutasi gen disebut juga dengan mutasi titik (point mutations). Mutasi gen terjadi karena adanya perubahan urutan basa nitrogen atau susunan nukleotida pada rantai DNA.



b.



Mutasi kromosom yaitu mutasi yang terjadi pada kromosom. Mutasi kromosom disebut juga dengan aberasi kromosom (gross mutations). Mutasi kromosom merupakan mutasi besar yang terjadi karena perubahan struktur kromosom dan perubahan jumlah kromosom.



Berdasarkan sifat genetik Berdasarkan sifat genetiknya, mutasi dibagi menjadi dua macam, yaitu mutasi dominan dan mutasi resesif.



6.



a.



Mutasi dominan yaitu mutasi yang pengaruhnya akan tampak dalam keadaan homozigot atau heterozigot.



b.



Mutasi resesif yaitu mutasi yang pengaruhnya hanya akan tampak dalam keadaan resesif homozigot.



Berdasarkan arah mutasi Berdasarkan arahnya, mutasi dibagi menjadi dua macam, yaitu mutasi maju dan mutasi mundur.



7.



a.



Mutasi maju yaitu mutasi yang menyebabkan fenotipe organisme normal menjadi abnormal.



b.



Mutasi mundur yaitu mutasi yang menyebabkan fenotipe organisme abnormal menjadi normal.



Berdasarkan jumlah faktor keturunan yang bermutasi Berdasarkan jumlah faktor keturunan yang bermutasi, mutasi dibagi menjadi dua macam, yaitu mutasi mikro dan mutasi makro. a.



Mutasi mikro yaitu mutasi yang terjadi pada sebagian kecil faktor keturunan.



b.



Mutasi makro yaitu mutasi yang terjadi pada sebagian besar faktor keturunan.



3



Mutasi ini berpengaruh lebih nyata terhadap perubahan-perubahan fenotipe dibandingkan dengan mutasi mikro.



C. Mutasi Gen Mutasi gen adalah perubahan materi genetik pada gen. Mutasi gen disebut juga dengan mutasi titik (point mutations). Penyebab terjadinya mutasi gen adalah adanya perubahan urutan basa nitrogen atau susunan nukleotida pada rantai DNA. Berdasarkan penyebabnya, mutasi gen dibagi menjadi tiga tipe, yaitu sebagai berikut. 1.



Mutasi penggantian basa nukleotida Penggantian basa nukleotida dapat menyebabkan perubahan kodon, sehingga memengaruhi jenis protein yang akan dibuat dalam proses sintesis protein. Mutasi jenis ini dapat terjadi karena transisi atau transversi. a.



Transisi Transisi adalah penggantian basa nitrogen oleh basa nitrogen lain yang masih satu jenis, yaitu basa purin oleh basa purin atau basa pirimidin oleh basa pirimidin. Basa purin terdiri atas adenin dan guanin, sedangkan basa pirimidin terdiri atas sitosin dan timin. Oleh karena itu, adenin dapat digantikan oleh guanin atau sitosin dapat digantikan oleh timin, dan sebaliknya. Contoh: •



Rantai awal: AGG – GAT – ACT – GTA - …. Basa A pada GAT diganti dengan basa G dan basa T pada GTA diganti dengan basa C.



• b.



Rantai setelah transisi: AGG – GGT – ACT – GCA - ….



Transversi Transversi adalah penggantian basa nitrogen oleh basa nitrogen lain yang berbeda jenis. Pada transversi, kelompok basa purin digantikan oleh basa pirimidin, dan sebaliknya. Oleh karena itu, adenin dapat digantikan oleh timin atau guanin dapat digantikan oleh sitosin. Contoh: •



Rantai awal: AGG – GAT – ACT – GTA – …. Basa G pada GAT diganti dengan basa C dan basa T pada ACT diganti dengan basa A.



•



Rantai setelah transversi: AGG – CAT – ACA – GTA – ….



4



2.



Mutasi pergeseran kerangka nukleotida (frameshift mutations) Pergeseran kerangka nukleotida menyebabkan berubahnya pasangan basa nukleotida. Akibatnya, asam amino yang dibentuk saat proses sintesis protein ikut berubah. Mutasi ini dapat terjadi karena duplikasi, adisi, insersi, dan delesi. a.



Duplikasi (penggandaan) Duplikasi adalah penambahan satu atau lebih basa nitrogen yang sama pada rantai nukleotida. Contoh:



b.



•



Rantai awal : ACG – CGG – GTA – ....



•



Rantai setelah duplikasi: AAC – GCG – GGT – A ….



Adisi (penambahan) Adisi adalah penambahan satu atau lebih basa nitrogen di ujung atau pangkal rantai nukleotida. Contoh: •



Rantai awal: ACG – CGG – GTA –.... Ditambahkan basa nitrogen C di awal rantai.



• c.



Rantai setelah adisi: CAC – GCG – GGT – A ….



Insersi (penyisipan) Insersi adalah penambahan satu atau lebih basa nitrogen di tengah rantai nukleotida. Contoh: •



Rantai awal: ACG – CGG – GTA –.... Ditambahkan basa nitrogen T di tengah rantai pada CGG.



• d.



Rantai setelah insersi: ACG –CTG – GGT – A ….



Delesi (pengurangan) Delesi adalah pengurangan satu atau lebih basa nitrogen pada rantai nukleotida. Contoh: •



Rantai awal: ACG – CGG – GTA - .... Pengurangan basa nitrogen A di ujung rantai.



•



Rantai setelah delesi: CGC – GGG – TA ....



5



SUPER "Solusi Quipper" Untuk mudah mengingat penyebab mutasi pergeseran kerangka nukleotida, gunakan cara SUPER berikut. DUA ADIK INGIN pakai DASI Duplikasi – Adisi – Insersi - Delesi



3.



Mutasi ganda tiga Mutasi ganda tiga (triplet mutations) adalah mutasi karena penambahan atau pengurangan tiga basa nitrogen secara bersama-sama. Contoh: •



Rantai awal: GAG – CAG – GGT – AGA – GGC –…. Ditambahkan triplet CAT di antara CAG dan GGT.



•



Rantai setelah mutasi: GAG – CAG – CAT – GGT – AGA – GGC –.…



Berdasarkan pengaruh mutasi terhadap jenis protein yang dihasilkan, ada tiga jenis mutasi, yaitu sebagai berikut. 1.



Mutasi salah arti (missense mutations) Mutasi salah arti adalah mutasi yang menyebabkan kesalahan dalam mengode asam amino. Akibatnya, asam amino yang terbentuk berbeda dengan asam amino asal. Hal ini terjadi karena adanya penggantian atau perubahan suatu basa nitrogen, sehingga asam amino yang dihasilkan menjadi berbeda. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut.



A



U



G



A



Met



A



G



U



Lys



U



U



G



G



Phe



C



U



Gly



A



A



Stop



G diganti A



A



U Met



G



A



A



G



Lys



U



U Phe



U



A



G Ser



Mutasi Salah Arti



6



C



U



A



Stop



A



Pada gambar tersebut, terlihat bahwa ketika basa G pada GGC diganti oleh basa A menjadi AGC, asam amino yang dibentuk ikut berubah. Pada awalnya, GGC untuk glisin berubah menjadi AGC yang mengode serin. 2.



Mutasi tanpa arti (nonsense mutations) Mutasi tanpa arti adalah mutasi yang terjadi karena terhentinya proses sintesis protein sebelum proses tersebut selesai. Hal ini terjadi karena dalam pembacaan kodon-kodon, terbentuk kodon stop saat proses masih berlangsung. Akibatnya, protein selanjutnya tidak terbentuk. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut.



A



U



G



A



Met



A



G



U



Lys



U



U



G



Phe



G



C



U



Gly



A



A



Stop



Susunan mRNA normal



A



U



G



U



Met



A



G



U



U



U



G



G



C



U



A



A



Stop



Mutasi Tanpa Arti 3.



Mutasi diam (silent mutations) Mutasi diam adalah mutasi yang tidak menimbulkan efek apapun. Hal ini terjadi karena asam amino yang dihasilkan tidak berubah jenisnya. Misalnya GGC yang menghasilkan glisin. Jika C diganti U menjadi GGU, asam amino yang dihasilkan tetap sama, yaitu glisin. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut.



RNAd



A



U



G



A



Met



Protein



A



G



U



Lys



U



U



G



Phe



U Met



G



A



A Lys



G



U



U



A



A



Stop



C diganti U



U



U



Phe



Mutasi Diam



7



C



Gly



Tipe normal



A



G



G



G Gly



U



U



A



Stop



A



Contoh Soal 1 Perhatikan bagan berikut.



AGC | | | T CG



C TG | | | GAC



AGC | | | TCG



CT C | | | GA G



Perubahan DNA tersebut terjadi karena …. A.



insersi



B.



inversi



C.



transisi



D.



transversi



E.



translokasi JAWABAN: D



Penjelasan: Pada gambar tersebut, susunan basa nitrogen AGC – CTG berubah menjadi AGC – CTC. Ada penggantian basa guanin oleh basa sitosin. Oleh karena guanin dan sitosin termasuk kelompok basa nitrogen yang berbeda, maka perubahan DNA tersebut terjadi karena transversi.



D. Mutasi Kromosom yang Terjadi karena Perubahan Struktur Kromosom Kromosom dapat mengalami perubahan pada strukturnya, sehingga berbeda dengan struktur normalnya. Perubahan ini dapat terjadi karena peristiwa delesi, duplikasi, inversi, translokasi, katenasi, dan isokromosom. 1.



Delesi Delesi kromosom adalah hilangnya sebagian segmen kromosom karena patah. Berdasarkan letak patahnya, delesi dibagi menjadi empat, yaitu sebagai berikut. a.



Delesi terminal, terjadi jika bagian yang patah di dekat ujung kromosom, sehingga bagian ujung hilang.



8



a



b



c



d



e



f



a



b



c



d



e



f



g



h



g



h



Delesi Terminal b.



Delesi interstitial, terjadi jika kromosom patah di dua tempat, sehingga bagian tengah kromosom hilang.



a b c



a b



c



a b



c



d e



f



g h



d e



g h



f



g h



d e



f



Delesi Interstitial c.



Delesi cincin, terjadi jika kromosom kehilangan segmennya, sehingga berbentuk lingkaran seperti cincin.



a



a



b c d k m



e



i



j f



b c d e k



h g



l m



l



Delesi Cincin



9



i



j f



h g



d.



Delesi loop adalah delesi cincin yang membentuk lengkungan pada kromosom lainnya. Peristiwa ini terjadi pada waktu meiosis, sehingga memungkinkan adanya kromosom lain (homolognya) yang tetap normal. A



B



E



F



G



kromosom terdelesi



H



kromosom normal



A



B



E C



F



G



F



Delesi loop



D



Delesi Loop Delesi pada manusia menimbulkan beberapa kelainan, di antaranya adalah sebagai berikut. a.



Sindrom Cri du Chat Sindrom Cri du Chat terjadi karena adanya delesi pada lengan pendek kromosom nomor 5. Ciri-ciri penderita sindrom ini antara lain sebagai berikut.



b.



1.)



Pita suara kecil.



2.)



Epiglotis melengkung sehingga suara tangisan pada saat bayi seperti suara kucing.



3.)



Mental terbelakang.



4.)



Muka bundar.



5.)



Kepala lebar.



6.)



Rahang bawah kecil.



7.)



Pertumbuhan badan terhambat.



8.)



Mengalami kelainan pada jantung.



9.)



Umumnya meninggal saat lahir atau usia anak-anak.



Sindrom Wolf Sindrom wolf terjadi karena adanya delesi pada lengan pendek kromosom nomor 4. Ciri-ciri penderita sindrom wolf antara lain sebagai berikut. 1.)



Pangkal hidung menonjol.



2.)



Mengalami kelainan pada jantung.



3.)



Bibir sumbing.



4.)



Mengalami keterbelakangan mental.



5.)



Pertumbuhan lambat.



10



2.



Duplikasi Duplikasi kromosom adalah penambahan segmen kromosom yang berasal dari kromosom homolognya. Akibat dari duplikasi ini, dalam satu kromosom terdapat penambahan gen-gen yang sama. Peristiwa duplikasi ditemukan pada lalat Drosophila melanogaster, yaitu pada kromosom X segmen nomor 16A. Duplikasi pada lalat Drosophila melanogaster menyebabkan munculnya mutan bermata ‘bar’ (mata kecil). A



A



B



B



C



C D



B



C D



E



E



F



G



H



F



G



H



Duplikasi Kromosom 3.



Inversi Inversi adalah perubahan urutan letak gen pada kromosom akibat pembalikan segmen kromosom. Pembalikan segmen ini terjadi karena kromosom patah di dua tempat, kemudian diikuti dengan penyisipan kembali gen-gen dengan urutan terbalik. Ada dua macam inversi, yaitu inversi parasentris dan inversi perisentris. a.



Inversi parasentris Inversi parasentris adalah inversi yang terjadi pada lengan kromosom yang sama.



a



b



c



d



e



f



g



h



a



b



c



d



e



f



g



h



a



g



f



e



d



c



b



h



Inversi Parasentris



11



b.



Inversi perisentris Inversi perisentris adalah inversi yang terjadi pada lengan kromosom yang berbeda. Ini berarti, sentromernya terletak di antara dua bagian yang patah.



a b



c d e



f



g h



i



j



k



l



a b



c d e



f



g h



i



j



k



l



c



k



l



patah



a b



j



i



h g



f



e d



Inversi Perisentris



SUPER "Solusi Quipper" Untuk mudah membedakan macam-macam inversi, kamu dapat menggunakan cara SUPER berikut. PARAsnya SAMA, PERIlakunya BEDA Maksudnya: Parasentris terjadi pada lengan kromosom yang sama, sedangkan perisentris terjadi pada lengan kromosom yang berbeda.



4.



Translokasi Translokasi adalah peristiwa patahnya segmen kromosom, kemudian segmen yang patah tersebut melekat ke kromosom nonhomolognya. Translokasi dibagi menjadi tiga macam, yaitu sebagai berikut. a.



Translokasi tunggal/simple Translokasi tunggal terjadi jika kromosom patah pada satu tempat, kemudian patahannya melekat pada kromosom nonhomolognya.



12



1



2



3



8



9 10



1



2



8



9 10



3



4



5



11 12



4



6 7 kromosom non-homolog



patah



5



11 12 6



7



Translokasi Tunggal b.



Translokasi perpindahan Translokasi perpindahan terjadi jika kromosom patah pada dua tempat, kemudian patahannya melekat pada kromosom nonhomolognya.



patah



1 2 3



8 9 10



4 5 6 7 kromosom nonhomolog



11 12 patah



1 8 9 10



4 5 6 7 11 2 3



12



Translokasi Perpindahan



13



c.



Translokasi resiprok Translokasi resiprok terjadi jika dua buah kromosom nonhomolog mengalami patah pada tempat tertentu, kemudian patahannya saling bertukar tempat untuk melekat.Translokasi resiprok dibagi menjadi tiga macam, yaitu sebagai berikut. 1.)



Translokasi resiprok homozigot adalah translokasi resiprok yang terjadi karena pertukaran segmen dua kromosom homolog dengan segmen dua kromosom nonhomolog.



2.)



Translokasi resiprok heterozigot adalah translokasi resiprok yang terjadi karena pertukaran satu segmen kromosom ke satu segmen kromosom nonhomolognya.



3.)



Translokasi Robertson adalah translokasi resiprok yang terjadi karena penggabungan dua kromosom akrosentris menjadi satu kromosom metasentris. Peristiwa ini disebut juga fusi kromosom. Fusi kromosom dapat terjadi antarkromosom homolog atau nonhomolog. Translokasi Robertson ditemukan pada tikus-tikus liar.



patah



1 2 3



8 9 10



4 5 6 7



11 12 patah



1 2 3



12



8 9 10



11 4 5 6 7



Translokasi Resiprok



14



kromosom nonhomolog



5.



Katenasi Katenasi terjadi karena ujung-ujung kromosom homolog saling mendekat, sehingga membentuk lingkaran.



A B C



A B C



K L M



K L M



A A B C



B K



B



C



A



A



B



K



translokasi



posisi normal



C



L



M



K L M



translokasi antara C dan K



C



L



M



M



L



K



katenasi, gen yang aleik saling mendekati



Katenasi Kromosom 6.



Isokromosom Isokromosom terjadi pada waktu menduplikasikan diri. Pembelahan sentromernya mengalami perubahan arah sehingga terbentuklah dua kromosom yang masingmasing berlengan identik (sama). Jika dilihat dari pembelahan sentromernya, isokromosom disebut juga fision yang peristiwanya berlawanan dengan translokasi Robertson (fusion).



SUPER "Solusi Quipper" Cara mudah mengingat peristiwa penyebab mutasi kromosom karena perubahan strukturnya adalah sebagai berikut. DEDI dan DUDUNG INGIN BAKSO pakai NASI DI LOKASI Delesi – duplikasi – inversi – isokromosom – katenasi - translokasi.



15



Contoh Soal 2 Akibat dari mutasi, sebuah kromosom mengalami perubahan seperti pada gambar berikut. A B C D E F G



A B L M N O



H I J K L M N O



H I J K C D E F G



Jenis mutasi tersebut adalah .... A.



translokasi



B.



katenasi



C.



inversi



D.



duplikasi



E.



delesi JAWABAN: A



Penjelasan: Pada gambar tersebut, terdapat sepasang kromosom nonhomolog, yaitu kromosom yang berbeda macam gennya. Kromosom I (ABCDEFG) dan kromosom II (HIJKLMNO) masing-masing mengalami patah pada lengannya. Selanjutnya, patahan tersebut saling bertukar tempat untuk melekat. Kromosom I berubah menjadi ABLMNO dan kromosom II berubah menjadi HIJKCDEFG. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa kromosom I dan II mengalami mutasi translokasi.



E.



Mutasi Kromosom yang Terjadi karena Perubahan Jumlah Kromosom Perubahan jumlah kromosom menyebabkan jumlah kromosom individu menjadi abnormal, bisa lebih banyak atau lebih sedikit daripada jumlah normal. Perubahan jumlah kromosom ada dua macam, yaitu sebagai berikut. 1.



Perubahan jumlah pada seluruh kromosom (euploid) Euploid adalah perubahan jumlah pada seluruh set kromosom, sehingga jumlah kromosom menjadi kelipatan dari set kromosom haploidnya. Satu set kromosom disebut juga genom. Ada beberapa tipe euploid, yaitu monoploid, diploid, triploid, tetraploid, dan seterusnya. Individu yang memiliki kromosom 3n, 4n, dan seterusnya disebut poliploid. Poliploid umumnya ditemukan pada tumbuhan. Tumbuhan



16



poliploid memiliki jumlah kromosom yang lebih banyak, tetapi ukuran kromosomnya lebih kecil. Berdasarkan asal kromosomnya, euploid dibagi menjadi dua macam, yaitu autopoliploid dan allopoliploid. a.



Autopoliploid Autopoliploid adalah penggandaan sendiri pada kromosom sehomolog dari spesies yang sama. Peristiwa ini dapat terjadi saat pembelahan meiosis. Autopoliploid dapat dilakukan secara buatan, misalnya pada tanaman tomat heksaploid yang dibuat melalui pemotongan tunas (dekapitasi).



b.



Allopoliploid Allopoliploid adalah penggandaan dengan cara menyilangkan dua spesies yang berbeda. Dua spesies ini memiliki ploidi yang berbeda pada kromosom nonhomolognya. Sebagai contoh, penyilangan gandum alotetraploid Triticum turgidum (28 AABB) dengan rumput liar yang diploid Triticum tauschii (14 DD) menghasilkan gandum aloheksaploid Triticum aestivum. Individu allopoliploid bersifat steril sehingga harus dikembangkan secara vegetatif, namun kuat (vigor).



Euploid dapat juga terjadi pada manusia (misalnya sel kanker) dan hewan. Euploid pada manusia dan hewan terjadi melalui peristiwa digini dan diandri.



2.



a.



Digini adalah dua sel telur yang terlindung dalam satu plasma dibuahi oleh satu sperma. Peristiwa ini terjadi karena sel-sel polosit gagal memisah.



b.



Diandri adalah satu sel telur yang dibuahi oleh dua sperma. Peristiwa ini terjadi karena keterlambatan pembuahan.



Perubahan jumlah pada sebagian kromosom (aneuploid) Aneuploid adalah perubahan jumlah kromosom di dalam satu set kromosom. Peristiwa ini menyebabkan jumlah kromosom suatu individu lebih banyak atau lebih sedikit dibandingkan jumlah kromosom pada individu normal. Aneuploid dapat dibedakan menjadi berikut. a.



Penambahan jumlah kromosom Aneuploid yang terjadi karena penambahan jumlah kromosom meliputi trisomik dan tetrasomik. 1.)



Trisomik adalah aneuploid karena penambahan satu kromosom. Tipe kromosom pada trisomik adalah 2n + 1. Trisomik ganda terjadi jika di



17



dalam sel ada 2 pasangan kromosom yang masing-masing kelebihan satu kromosom. Rumus untuk tipe kromosom trisomik ganda adalah 2n + 1 + 1. 2.) b.



Tetrasomik adalah aneuploid karena penambahan dua kromosom. Tipe kromosom pada tetrasomik adalah 2n + 2.



Pengurangan jumlah kromosom Aneuploid yang terjadi karena pengurangan jumlah kromosom meliputi monosomik dan nulisomik. 1.)



Monosomik adalah aneuploid karena pengurangan satu kromosom. Tipe kromosom pada monosomik adalah 2n – 1. Monosomik ganda terjadi jika di dalam sel ada 2 pasangan kromosom yang masing-masing kekurangan satu kromosom. Rumus untuk tipe kromosom monosomik ganda adalah 2n – 1 – 1.



2.)



Nulisomik adalah aneuploid karena pengurangan dua kromosom. Tipe kromosom pada nulisomik adalah 2n – 2.



Pada manusia, peristiwa perubahan jumlah kromosom menimbulkan berbagai macam sindrom. Sindrom-sindrom tersebut terjadi karena peristiwa aneuploid, baik pada autosom maupun gonosom. Berikut ini adalah beberapa sindrom pada manusia akibat peristiwa monosomik maupun trisomik. 1.



Sindrom karena monosomik Sindrom karena monosomik yang sudah ditemukan adalah Sindrom turner. Sindrom ini terjadi karena peristiwa nondisjunction (gagal berpisah) pada saat oogenesis. Ciriciri sindrom turner antara lain sebagai berikut.



2.



a.



Susunan kromosomnya 45 A, X0.



b.



Jenis kelamin perempuan.



c.



Ovarium tidak tumbuh.



d.



Tanda-tanda kelamin sekunder tidak berkembang.



e.



Tubuh pendek (pada wanita dewasa tingginya ± 120 cm).



f.



Leher pendek.



Sindrom karena trisomik Sindrom karena trisomik dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu trisomik pada autosom dan trisomik pada gonosom. a.



Trisomik pada autosom 1.)



Sindrom Down Sindrom down merupakan sindrom yang terjadi karena kelebihan satu



18



autosom di kromosom ke-21. Ciri-ciri penderita sindrom down antara lain sebagai berikut.



2.)



•



Susunan kromosomnya 45A + XX atau 45A + XY, atau bisa juga ditulis 45A, XX + 21 atau 45A, XY + 21. Angka 21 menunjukkan tempat kelebihan kromosomnya.



•



Jenis kelamin pria atau wanita.



•



Cacat mental.



•



IQ rendah.



•



Tubuh pendek.



•



Mulut terbuka dan lidah menjulur.



•



Gigi kecil-kecil dan jarang.



•



Telapak tangan tebal.



Sindrom Edwards Sindrom Edwards merupakan sindrom yang terjadi karena kelebihan satu autosom di kromosom nomor 16, 17, atau 18. Ciri-ciri penderita sindrom Edwards antara lain sebagai berikut.



3.)



•



Susunan kromosomnya 45A + XX atau 45A + XY, atau bisa juga ditulis 45A, XX + 16/17/18 atau 45A, XY + 16/17/18.



•



Jenis kelamin pria atau wanita.



•



Bentuk kepala panjang.



•



Bentuk muka khas.



•



Letak telinga dan rahang bawah rendah.



•



Mulut kecil.



•



Mental terbelakang.



•



Jari tangan tumpang tindih.



•



Pola sidik jari sederhana.



•



Memiliki kelainan jantung dan ginjal.



•



Berumur pendek



Sindrom Patau Sindrom Patau merupakan sindrom yang terjadi karena kelebihan satu autosom di kromosom nomor 13, 14, atau 15. Ciri-ciri penderita sindrom Patau antara lain sebagai berikut. •



Susunan kromosomnya 45A + XX atau 45A + XY, atau bisa juga ditulis 45A, XX + 13/14/15 atau 45A, XY + 13/14/15.



19



b.



•



Jenis kelamin pria atau wanita.



•



Kepala kecil.



•



Memiliki celah pada langit-langit mulut.



•



Polidaktili.



•



Mental terbelakang.



•



Mengalami kelainan jantung, otak, dan usus.



•



Berumur pendek.



Trisomik pada gonosom 1.)



Sindrom Klinefelter Sindrom Klinefelter merupakan sindrom yang terjadi karena kelebihan satu gonosom X. Peristiwa ini disebabkan oleh gagalnya kromosom XX memisah (nondisjunction) saat oogenesis. Sindrom Klinefelter terjadi karena ovum yang mengandung kromosom XX dibuahi oleh sperma Y, sehingga susunan kromosomnya menjadi 44 A +XXY. Ciri-ciri penderita sindrom Klinefelter antara lain sebagai berikut.



2.)



•



Berkelamin pria, tetapi memiliki ciri-ciri wanita, seperti tumbuhnya payudara dan suara tinggi.



•



Tubuh tinggi.



•



Biasanya cacat mental.



•



Tingkat kecerdasan di bawah normal.



•



Testis kecil, sehingga tidak dapat memproduksi sperma.



Sindrom triple X Sindrom triple X merupakan sindrom yang terjadi karena kelebihan satu gonosom X. Peristiwa ini terjadi karena ovum yang mengandung kromosom XX dibuahi oleh sperma X, sehingga susunan kromosomnya menjadi 44 A + XXX. Ciri-ciri penderita sindrom triple X antara lain sebagai berikut.



3.)



•



Berkelamin wanita.



•



Pada usia 22 tahun, masih memiliki alat kelamin seperti alat kelamin bayi.



•



Payudara dan alat kelamin dalam tidak berkembang.



•



Mental sedikit terganggu.



•



Jika terjadi menstruasi, siklusnya tidak teratur.



Sindrom pria XYY (sindrom Jacobs) Sindrom Jacobs merupakan sindrom yang terjadi karena kelebihan satu



20



gonosom Y. Peristiwa ini terjadi karena kromosom YY gagal memisah (nondisjunction) saat spermatogenesis. Sperma YY ini kemudian membuahi ovum X yang normal, sehingga susunan kromosomnya menjadi 44A + XYY. Ciri-ciri penderita sindrom pria XYY antara lain sebagai berikut.



4.)



•



Jenis kelamin pria.



•



Bertubuh tinggi melebihi normal.



•



Cenderung bersikap agresif, antisosial, dan kriminal.



•



Alat kelamin luar dan dalam mengalami abnormalitas.



Hermafrodit Hermafrodit adalah kelainan yang menyebabkan individu memiliki kromosom XX dan XY dalam sel tubuhnya, sehingga susunan kromosomnya adalah 22 AA + XX + XY. Individu ini memiliki testis dan ovarium. Peristiwa hermafrodit bisa terjadi karena beberapa hal berikut. •



Gagal berpisah (nondisjunction) yang berlangsung dua kali pada beberapa sel dalam spermatogenesis.



•



Oosit sekunder yang terdiri atas ovum dan badan polar yang masih menyatu dibuahi oleh dua macam sperma, yaitu sperma X dan sperma Y.



Contoh Soal 3 Penderita sindrom Klinefelter kelebihan satu kromosom. Kariotipe sindrom Klinefelter adalah .... A.



44 A + XYY



B.



44 A + XXY



C.



44 A + XXX



D.



44 A + XY



E.



44 A + XX JAWABAN: B



Penjelasan: Penderita sindrom Klinefelter mengalami kelebihan gonosom X yang berasal dari hasil fertilisasi ovum XX yang gagal berpisah dengan sperma Y. Klinefelter termasuk peristiwa trisomik pada gonosom dengan susunan kromosom 44 A + XXY.



21



F. 1.



Macam-Macam Mutagen dan Peranan Mutasi dalam Salingtemas Macam-Macam Mutagen Berdasarkan sifatnya, mutagen dibagi menjadi tiga macam, yaitu mutagen fisika, kimia, dan biologi. a.



Mutagen fisika Mutasi yang disebabkan oleh mutagen fisika antara lain adalah putusnya ikatan gen-gen atau berubahnya susunan kimia gen-gen. Berikut ini adalah contoh-contoh mutagen fisika.



b.



1.)



Suhu tinggi, dapat mendorong terjadinya autopoliploid, misalnya pada jagung.



2.)



Sinar X, umumnya digunakan pada rontgen.



3.)



Sinar ultraviolet, berasal dari matahari, dapat memicu timbulnya kanker kulit.



4.)



Sinar-sinar berenergi tinggi, seperti α, β, γ, dan neutron yang menimbulkan reaksi ionisasi sehingga mendorong terjadinya aberasi kromosom.



Mutagen kimia Mutagen kimia menyebabkan mutasi dengan cara mengubah susunan kimia pada kromosom. Mutagen ini umumnya bersifat racun yang tidak dapat larut dalam air, tetapi dapat terikat dengan lemak sehingga menimbulkan penimbunan dalam tubuh. Berikut ini adalah contoh-contoh mutagen kimia. 1.)



Pestisida Pestisida seperti DDT dapat memicu munculnya karsinoma, yaitu kanker pada sel-sel epitel yang dapat menutupi organ-organ tubuh.



2.)



Asam nitrit Asam nitrit dapat menyebabkan deaminasi oksidatif pada basa nitrogen adenin, guanin, dan sitosin pada rantai DNA sehingga menyebabkan delesi.



3.)



Agen alkilase Senyawa yang tergolong alkilase adalah gas mustard atau dimetil sulfat. Senyawa ini akan memberikan gugus alkilnya yang dapat bereaksi dengan gugus fosfat. Akibatnya, proses replikasi DNA bisa terganggu.



4.)



Akridin Senyawa ini dapat menyebabkan pita DNA kaku dan patah.



5.)



Digitonin dan kolkisin Senyawa-senyawa tersebut dapat menghambat terbentuknya benang-benang spindel sehingga pada saat anafase, kromatid sulit memisah ke kutub-kutub. Hal ini mengakibatkan jumlah kromosom menjadi dua kali lipat. Digitonin dan kolkisin ini digunakan untuk membuat buah poliploid.



22



6.)



Asam nitrat Senyawa ini mampu mengubah gugus amina (NH2) menjadi gugus keton (C = O). Hal ini menyebabkan basa sitosin berubah menjadi basa urasil.



7.)



Benzopyrene Senyawa ini terkandung di dalam asap rokok dan dapat menyebabkan timbulnya tumor pada organ pernapasan.



8.)



5-bromourasil (5-BU) Senyawa ini analog dengan timin dan mampu mengambil alih posisi basa nitrogen.



c.



Mutagen biologi Mutagen biologi adalah mutagen berupa mikroorganisme seperti virus dan bakteri. Mutagen ini dapat merusak kromosom, sehingga dapat menyebabkan sel menjadi abnormal. Berdasarkan sumbernya, mutagen terdiri atas mutagen alami dan mutagen buatan. 1.)



Mutagen alami Contoh mutagen alami adalah sinar matahari, sinar ultraviolet, sinar kosmis, unsur radioaktif, gas-gas yang berasal dari bumi, serta virus dan bakteri.



2.)



Mutagen buatan Contoh mutagen buatan adalah pestisida, formalin, boraks, sinar X, sinar α, sinar β, sinar γ, narkoba, serta radiasi yang berasal dari televisi atau komputer.



2.



Peranan Mutasi dalam Salingtemas Beberapa teknik dalam mutasi buatan menghasilkan keuntungan yang dapat mendorong terciptanya kesejahteraan hidup bagi manusia, antara lain adalah sebagai berikut. a.



Penggunaan sinar-sinar radioaktif (α, β, dan γ) untuk meningkatkan produksi pertanian.



b.



Penyinaran secara bertahap pada biji jagung dan biji gandum dapat menghasilkan varietas-varietas jagung dan gandum yang unggul.



c.



Radiasi terhadap tomat dan apel dapat menghasilkan buah berukuran besar.



d.



Pembentukan buah tanpa biji dengan kualitas vitamin dan gizi yang tinggi melalui cara poliploid.



e.



Radiasi terhadap umbi-umbian untuk menghambat pertunasan.



f.



Radiasi untuk menghasilkan padi varietas unggul, misalnya padi jenis IRRI.



g.



Penggunaan radioisotop untuk proses pemupukan.



23



h.



Pemberantasan hama dengan cara sterilisasi hama jantan menggunakan radiasi.



i.



Pemanfaatan radiasi untuk sterilisasi makanan agar lebih awet.



j.



Pemanfaatan sinar X untuk mendeteksi penyakit seperti kanker.



k.



Pemanfaatan sinar ultraviolet untuk sterilisasi ruang operasi dan alat-alat operasi.



Contoh Soal 4 Keuntungan yang diperoleh manusia melalui mutasi buatan tidak selalu memberikan keuntungan yang sama bagi tanaman atau hewan mutan. Contoh berikut ini yang menunjukkan kerugian mutan akibat mutasi adalah .... A.



semangka mutan tidak berbiji dan berbiak secara vegetatif



B.



padi atomita produksi tinggi dan tahan terhadap wereng



C.



kedelai tengger tahan penyakit karat daun dan mengandung protein tinggi



D.



kacang hijau camar polongnya matang secara serempak



E.



padi gogo situgintung cocok ditanam pada lahan kering JAWABAN: A



Penjelasan: Kerugian yang dialami oleh tanaman hasil mutasi seperti semangka tanpa biji atau tomat tanpa biji adalah hilangnya kemampuan untuk bereproduksi secara generatif. Tanaman hasil mutasi ini hanya bisa dikembangbiakkan melalui cara vegetatif. Jadi, yang menunjukkan kerugian mutan akibat mutasi adalah semangka mutan tidak berbiji dan berkembang biak secara vegetatif.



24



Kurikulum 2006/2013 Kurikulum xxx



Kel a s



biologi



XII



BIOTEKNOLOGI Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami definisi bioteknologi. 2. Mengetahui bermacam-macam produk bioteknologi. 3. Memahami perbedaan antara bioteknologi konvensional dan modern. 4. Memahami peran mikroorganisme dalam proses bioteknologi. 5. Memahami proses-proses rekayasa genetika dalam memanipulasi sifat organisme. 6. Memahami manfaat dan bahaya bioteknologi dalam kehidupan.



A. Pendahuluan Kamu tentu sering makan roti atau donat, bukan? Tahukah kamu bahwa pembuatan roti dan donat membutuhkan jasa mikroorganisme? Bagaimana mikroorganisme tersebut dapat bermanfaat sesuai dengan yang kita inginkan? Dengan bioteknologi, kita bisa melakukannya. Apa itu bioteknologi? Pada sesi ini, kamu akan mempelajarinya. Mari simak dengan saksama. Bioteknologi adalah teknologi dengan menggunakan organisme dan agenagen biologis untuk mendapatkan sesuatu yang bermanfaat, baik berupa barang atau jasa untuk kepentingan manusia. Dalam pelaksanaannya, bioteknologi membutuhkan keterlibatan berbagai disiplin ilmu, seperti biologi molekuler, mikrobiologi, biokimia, genetika, enzimologi, ilmu pangan, dan fisiologi.



Manusia sudah menerapkan bioteknologi sederhana sejak ribuan tahun yang lalu untuk membuat roti dan donat. Bioteknologi semakin berkembang setelah dilakukan serangkaian penelitian tentang proses fermentasi oleh mikroorganisme. Penelitian ini dipelopori oleh Louis Pasteur. Oleh sebab itu, Louis Pasteur dianggap sebagai Bapak Bioteknologi. Bioteknologi modern mengembangkan biomolekuler dan pengendalian proses dengan menerapkan rekayasa genetika. Rekayasa genetika adalah teknologi molekuler untuk mengubah komposisi genetik suatu organisme. Caranya dengan memindahkan materi genetik dari satu organisme ke organisme lain. Dalam jangka panjang, bioteknologi memberikan suatu harapan untuk membantu memecahkan berbagai masalah. Selain itu, pada masa mendatang, ada peluang untuk mengembangkan revolusi bioindustri. Khususnya, yang berhubungan dengan produksi makanan, obat-obatan, pengendalian polusi, dan pengembangan sumber energi baru.



B. Bioteknologi Konvensional dan Bioteknologi Modern 1. Perbedaan antara Bioteknologi Konvensional dan Bioteknologi Modern Pada awalnya, penerapan bioteknologi sangat sederhana dan hanya dilakukan sebatas untuk memenuhi kebutuhan rumah tangga. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan, penerapan bioteknologi juga semakin berkembang. Penerapan bioteknologi modern semakin meningkat sejak ditemukannya struktur dan fungsi DNA. Berikut ini adalah beberapa perbedaan antara bioteknologi konvensional dan bioteknologi modern. Tabel Perbedaan Bioteknologi Konvensional dan Bioteknologi Modern No.



Faktor Pembeda Bioteknologi Konvensional



Bioteknologi Modern



1.



Pelaksanaan



Sejak ribuan tahun yang lalu



Sejak ditemukannya struktur dan fungsi DNA



2.



Peralatan dan metode yang digunakan



Sederhana



Modern dan canggih



3.



Proses dan hasil



• •



4.



Pemanfaatan



Menggunakan hasil produksi mikroorganisme secara langsung



Proses kurang steril • Kualitas belum terjamin •



2



Proses steril Kualitas terjamin



Menggunakan mikroorganisme, makroorganisme, atau bagian-bagiannya untuk meningkatkan kinerja genetik organisme



No. 5.



2.



Faktor Pembeda Bioteknologi Konvensional Contoh



Pembuatan tempe, tapai, arak, roti, yoghurt, nata de coco, keju



Bioteknologi Modern Organisme transgenik, kloning, kultur jaringan, insulin buatan



Pengembangan Bioteknologi Pengembangan bioteknologi dilakukan melalui empat tahap, yaitu bioteknologi produksi makanan dan tanaman, bioteknologi produksi asam-asam organik, zat pelarut, dan biomassa dalam kondisi nonsteril, proses-proses bioteknologi dalam kondisi steril, serta aplikasi hasil-hasil keilmuan baru dalam bioteknologi. a.



b.



c.



Bioteknologi Produksi Makanan dan Tanaman 1.)



Produksi makanan dilakukan melalui proses fermentasi dengan bantuan mikroorganisme. Contohnya, Rhizopus oligosporus untuk pembuatan tempe, Neurospora crassa untuk pembuatan oncom, atau Saccharomyces cerevisiae untuk pembuatan tapai.



2.)



Pemanfaatan mikroorganisme, seperti Rhizobium untuk fiksasi nitrogen pada tanaman Leguminosae. Dengan memanfaatkan mikroorganisme tersebut, tanaman mampu hidup dengan baik tanpa pupuk dan dapat memberikan hasil.



Bioteknologi Produksi Asam-Asam Organik, Zat Pelarut, dan Biomassa dalam Kondisi Nonsteril 1.)



Fermentasi dalam pembuatan etanol, asam laktat, asam sitrat, butanol, dan gliserol dilakukan dalam kondisi nonsteril dan terbuka. Kondisi nonsteril memungkinkan tumbuhnya mikroorganisme yang tidak diinginkan.



2.)



Pengolahan air limbah dan pembuatan kompos padat dari sampah organik dilakukan dalam kondisi terbuka. Hal ini terjadi karena proses tersebut membutuhkan udara bebas dan oksigen untuk menghindari terjadinya pembusukan yang dapat menghasilkan bau tidak sedap.



Proses-Proses Bioteknologi dalam Kondisi Steril Proses bioteknologi dalam kondisi steril terjadi jika fermentasi berlangsung tanpa adanya kontaminasi mikroorganisme lain (steril). Misalnya, dalam produksi antibiotik (seperti penisilin, streptomisin, dan tetrasiklin), vitamin B12, hormon-hormon buatan (seperti giberelin, insulin, dan estrogen), steroid, asam aminoglutamat, dan enzimenzim lainnya.



3



d.



Aplikasi Hasil-Hasil Keilmuan Baru dalam Bioteknologi Beberapa contoh aplikasi hasil-hasil keilmuan baru dalam bioteknologi adalah sebagai berikut. 1.)



Penggunaan enzim endonuklease untuk menghentikan aktivitas sel.



2.)



Penggunaan metabolit sekunder seperti hormon insulin sintetis. Hormon ini diproduksi oleh bakteri Escherichia coli yang telah disisipi gen penghasil insulin manusia.



3.)



Optimalisasi proses-proses fermentasi dalam reaktor-reaktor baru, seperti pembuatan yoghurt dengan menggunakan peralatan modern dan canggih.



Contoh Soal 1 Bioteknologi modern berbeda dengan bioteknologi konvensional sebab bioteknologi modern .... A. menggunakan hasil produksi mikroorganisme secara langsung B.



pelaksanaannya kurang steril



C.



menggunakan peralatan yang modern dan canggih



D. hasilnya kurang terjamin E.



dilakukan dengan prosedur yang sederhana Jawaban: C



Pembahasan: Bioteknologi modern dilakukan dengan menggunakan peralatan yang modern dan canggih, serta prosedur yang lebih rumit dan teliti. Sementara itu, bioteknologi konvensional dilakukan dengan menggunakan peralatan yang sederhana dan prosedur yang sederhana pula.



C. Pemanfaatan Mikroorganisme dalam Bioteknologi Mikroorganisme memiliki peranan yang sangat penting dalam bioteknologi. Sampai saat ini, telah banyak mikroorganisme yang dimanfaatkan dalam proses tersebut. Berikut ini adalah peran mikroorganisme dalam berbagai bidang. 1.



Penghasil bahan makanan dan minuman a.



Fermentasi susu dengan bantuan bakteri Propioni bacterium untuk membuat keju keras, seperti keju cheddar dan keju Swiss. Jamur Penicillium requeforti untuk membuat keju lunak, seperti keju Requeforti.



b.



Fermentasi susu dengan menggunakan bakteri Lactobacillus bulgaricus dan Streptobacillus thermophillus untuk menghasilkan minuman seperti yoghurt.



4



2.



c.



Nata de coco dibuat dari air kelapa yang difermentasi menggunakan bakteri Acetobacter xylinum.



d.



Tapai dibuat dari singkong atau beras ketan yang difermentasi menggunakan jamur Saccharomyces cerevisiae.



e.



Pembuatan oncom dari ampas tahu dan kacang yang difermentasi menggunakan jamur Neurospora sitophila atau Neurospora crassa.



f.



Pembuatan kecap dari kacang kedelai yang difermentasi menggunakan jamur Aspergillus wentii.



Penghasil obat-obatan Obat-obatan yang dihasilkan dari mikroorganisme dapat dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu antibiotik, vaksin, dan interferon. a.



Antibiotik Antibiotik adalah zat yang mampu menghambat bahkan mematikan mikroorganisme patogen. Contohnya sebagai berikut.



b.



1.)



Penisilin yang dihasilkan oleh jamur Penicillium notatum dan Penicillium chrysogenum.



2.)



Sefalosporin yang dihasilkan oleh jamur Cephalosporium.



3.)



Streptomisin yang dihasilkan oleh bakteri Streptomyces griceus.



4.)



Tetrasiklin yang dihasilkan oleh bakteri Streptomyces aureofaciens dan Streptomyces rimosus.



Vaksin Vaksin adalah bahan antigenetik yang digunakan untuk memicu terbentuknya sistem kekebalan tubuh terhadap suatu penyakit. Vaksin diproduksi dari mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang telah dilemahkan. Selain itu, vaksin juga dapat dibuat dari substansi toksoid bakteri yang sudah tidak berbahaya bagi tubuh. Contohnya, vaksin polio, campak, hepatitis, BCG (untuk mencegah TBC), dan vaksin DPT (untuk mencegah difteri, pertusis, dan tetanus).



c.



Interferon Interferon merupakan zat yang dihasilkan oleh sel-sel hewan vertebrata akibat terinfeksi oleh virus, bakteri, protozoa, atau senyawa lainnya. Sekarang, interferon dapat dihasilkan dari fusi sel menggunakan teknologi hibridoma.



5



3.



Penghasil protein Protein Sel Tunggal (PST) dibuat dari alga Spirulina dan Chlorella. Selain itu, PST juga dapat dibuat dari jamur Fusarium venenatum, Candida utilis, dan Saccharomyces cerevisiae.



4.



Penghasil zat-zat organik, enzim, dan vitamin a.



Asam amino Asam amino yang dapat dihasilkan oleh mikroorganisme, antara lain asam glutamat dan lisin. Asam glutamat digunakan untuk pembuatan MSG atau vetsin, sedangkan lisin digunakan untuk pembuatan suplemen makanan ternak. Mikroorganisme yang digunakan untuk menghasilkan jenis asam amino tersebut adalah Corynebacterium glutamicum.



b.



Asam sitrat Asam sitrat dapat dihasilkan oleh jamur Aspergillus niger yang ditumbuhkan pada media sirup atau tetes gula. Asam nitrat digunakan untuk pemberi rasa, campuran es krim, pembuatan detergen, atau antioksidan.



c.



Asam cuka Asam cuka dibuat dari bahan baku alkohol yang dioksidasi oleh bakteri Acetobacter aceti atau Gluconobacter sp.



d.



Vitamin Vitamin-vitamin yang dapat dibuat dengan bantuan mikroorganisme, antara lain vitamin B2 dan B12. Vitamin B2 dihasilkan dari fermentasi Ashbya gossypii, sedangkan vitamin B12 dihasilkan dari fermentasi Pseudomonas denitrificans dan Propionibacterium shermanii.



e.



Enzim Beberapa enzim yang dapat dihasilkan dari proses fermentasi adalah sebagai berikut. 1.)



Enzim selulase yang dihasilkan oleh jamur Aspergillus niger dimanfaatkan dalam industri tekstil, detergen, pengolahan kopi, atau pembuatan kertas.



2.)



Enzim laktase yang dihasilkan oleh jamur Saccharomyces fragilis dimanfaatkan untuk menghidrolisis laktosa dalam susu skim. Selain itu, enzim ini dapat digunakan untuk mencegah kristalisasi laktosa dalam susu kental manis dan es krim.



3.)



Enzim amilase yang dihasilkan oleh Aspergillus oryzae dimanfaatkan dalam produksi lem, kanji, kertas, tekstil, dan glukosa. Selain itu, enzim



6



ini juga dapat diperoleh dari jamur Aspergillus niger yang dimanfaatkan untuk melembutkan adonan roti.



5.



4.)



Enzim lipase yang dihasilkan oleh jamur Aspergillus niger dimanfaatkan dalam industri lemak dan minyak, serta untuk menambah cita rasa keju.



5.)



Enzim pektinase yang dihasilkan oleh jamur Aspergillus niger digunakan untuk memecah molekul pektin dalam industri minuman sari buah dan teh.



6.)



Enzim penisilase yang dihasilkan oleh bakteri Bacillus subtilis digunakan sebagai agen diagnostik dalam farmasi.



Pembasmi hama (bioinsektisida) Beberapa mikroorganisme yang digunakan sebagai pembasmi hama biologi atau bioinsektisida adalah sebagai berikut. a.



Baculovirus Virus ini dapat menyebabkan kematian pada serangga yang memakannya. Baculovirus dapat berpindah dari satu serangga ke serangga lain melalui perkawinan sehingga dapat menimbulkan kematian secara massal.



b.



Bacillus thuringiensis (bakteri Bt) Bakteri ini dapat menghasilkan senyawa delta-endotoksin yang disebut toksin Bt. Toksin Bt dapat merusak saluran pencernaan larva dari golongan Lepidoptera dan Coleoptera. Beberapa varietas dari Bacillus thuringiensis yang dikomersialkan adalah sebagai berikut.



6.



1.)



Bacillus thuringiensis varietas aizawai untuk membunuh ngengat.



2.)



Bacillus thuringiensis varietas tenebrionis untuk membunuh kumbang kentang dan larva kumbang daun.



3.)



Bacillus thuringiensis varietas kurstaki untuk membunuh berbagai ulat tanaman pertanian.



4.)



Bacillus thuringiensis varietas israelensis untuk membunuh larva nyamuk dan lalat hitam.



Penghasil energi Dewasa ini, para ilmuwan telah berhasil membuat senyawa-senyawa dan gas-gas yang mampu menghasilkan energi dengan bantuan mikroorganisme. Senyawa dan gas tersebut dapat digunakan sebagai energi alternatif pengganti minyak bumi. a.



Gas hidrogen Gas hidrogen memiliki sifat mudah terbakar sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif. Gas ini dibuat dengan cara menggabungkan dua atom hidrogen melalui bantuan enzim hidrogenase. Enzim hidrogenase dapat



7



diperoleh dari ganggang air tawar Chlorella pyrenoidosa dan bakteri Clostridium butyricum. Reaksi pembuatan gas hidrogen adalah sebagai berikut. 2 H2O → 2 H2 + O2 Kelebihan dari gas hidrogen sebagai bahan bakar adalah tidak menimbulkan polusi jika dibakar. b.



Gas metana Gas metana (CH4) termasuk biogas yang dapat diperoleh dari penguraian sampah organik dengan bantuan bakteri metanogen (bakteri dari kotoran ternak). Proses pembentukan metana oleh bakteri metanogen disebut metanogenesis. Bakteri yang tergolong metanogen, antara lain Methanobacterium sp., Methanohalobium sp., Methanosarcina sp., Methanococcus sp., dan Methanomicrobium sp. Selain mendapatkan gas metana yang dapat menghasilkan energi besar, pembuatan biogas ini juga menghasilkan limbah cair yang dapat digunakan sebagai pupuk organik.



c.



Bahan bakar alkohol Alkohol untuk bahan bakar dapat diperoleh dari proses fermentasi substrat gula tebu, pati, selulosa, atau jagung. Proses fermentasi ini menggunakan bakteri Zymomonas mobilis, Clostridium thermocellum, Thermoanaerobacter ethanolicus, dan khamir mutan petite dari Saccharomyces cerevisiae.



7.



Pengolahan limbah dan polutan (bioremediasi) Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi bahan-bahan pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun. a.



Pengolahan limbah organik Pengolahan limbah organik dari industri alkohol dilakukan dengan menggunakan bakteri Clostridium butyricum. Dari hasil pengolahan ini, didapat gas hidrogen yang bisa digunakan untuk bahan bakar.



b.



Pengolahan limbah dengan biofilm Biofilm adalah lapisan yang terbentuk dari kumpulan mikroorganisme, seperti bakteri yang melekat di suatu permukaan. Kumpulan mikroorganisme ini diselimuti oleh pelekat karbohidrat yang dihasilkan mikroorganisme tersebut. Cara pengolahan limbah dengan biofilm adalah sebagai berikut. 1.)



Bagian dasar bak limbah ditutup dengan saringan yang terdiri atas tumpukan arang batok kelapa dan batu kerikil.



2.)



Di atas saringan, diletakkan biofilm.



8



c.



3.)



Limbah yang akan diproses disemprotkan perlahan-lahan di atas biofilm.



4.)



Saat limbah menetes melalui biofilm, materi organik yang terdapat di dalamnya akan diuraikan oleh mikroorganisme pada biofilm tersebut.



Penguraian lumpur secara anaerob Lumpur diuraikan dengan bantuan bakteri Methanobacterium yang dapat mengubah bahan organik menjadi gas metana, CO2, H2, dan H2O.



d.



Mikroorganisme pembersih limbah minyak Limbah minyak yang mengandung hidrokarbon dapat dimakan oleh bakteri Pseudomonas putida dan jamur Cladosporium resinae.



e.



Pengolahan limbah dengan sistem lumpur aktif Pengolahan limbah dengan sistem lumpur aktif merupakan pengolahan limbah cair dengan menggunakan mikroorganisme aerob pengoksidasi material organik. Sistem ini sangat baik digunakan untuk mengatasi limbah dari industri nata de coco, tahu, tapioka, atau kecap.



8.



9.



Pemanfaatan di bidang peternakan a.



Penggunaan hormon BGH (Bovin Growth Hormone) yang dihasilkan oleh Escherichia coli hasil rekayasa genetika pada hewan ternak dapat meningkatkan produksi daging dan susu.



b.



Penggunaan hormon EGF (Epidermal Growth Factor) dapat memacu pertumbuhan rambut pada domba penghasil wol.



Pemanfaatan di bidang pertambangan Untuk memisahkan logam dari bijihnya, dapat digunakan bakteri Thiobacillus ferrooxidans yang banyak ditemukan di daerah pertambangan.



10. Bioplastik Bioplastik adalah plastik yang dibuat dari bahan-bahan organik, seperti pati, selulosa, minyak nabati, amilum jagung, klobot jagung, amilum ercis, dan biopolimer lainnya yang berasal dari mikroorganisme. Bioplastik dibuat dengan tujuan untuk menggantikan plastik berbahan kimia polietilena yang sulit terurai di alam. Bioplastik biasanya digunakan sekali pakai, seperti kemasan makanan dan alat makan, wadah buah dan sayuran, atau botol minuman ringan. Mikroorganisme yang berperan dalam pembuatan bioplastik, antara lain bakteri Alxaligenes eutrophus dan jamur Aureobasidium pullulans.



9



Contoh Soal 2 Protein Sel Tunggal (PST) adalah protein yang berasal dari organisme bersel satu. Protein ini dapat digunakan sebagai bahan makanan yang berkualitas karena mengandung kadar protein yang tinggi. Organisme yang dapat menghasilkan PST adalah …. A. Thiobacillus ferrooxidans B.



Methanobacterium



C.



Bacillus thuringiensis



D. Spirulina sp. E.



Aspergillus flavus Jawaban: D



Pembahasan: Organisme penghasil Protein Sel Tunggal (PST), antara lain Spirulina sp., Chlorella, Fusarium venenatum, Candida utilis, dan Saccharomyces cerevisiae.



D. Kultur Jaringan dan Kloning 1. Kultur Jaringan Kultur jaringan (mikropropagasi) yang dilakukan pada tumbuhan adalah salah satu cara perbanyakan tanaman secara vegetatif berdasarkan sifat totipotensi. Totipotensi adalah kemampuan setiap sel tumbuhan untuk tumbuh menjadi individu baru yang sempurna. Kultur jaringan dilakukan dengan cara mengisolasi sel atau jaringan yang ditanam pada media tumbuh yang kaya nutrisi. Proses ini dilakukan dalam kondisi yang steril sehingga bagian yang ditanam tersebut dapat tumbuh menjadi tanaman lengkap.



SUPER "Solusi Quipper" Cara mudah untuk mengingat tentang kultur jaringan adalah sebagai berikut. KUJARING PAKE TOPI Maksudnya: kultur jaringan memakai sifat totipotensi



10



Urutan pertumbuhan sel atau jaringan pada kultur jaringan adalah sebagai berikut.



Eksplan



Bagian tumbuhan yang akan dikultur. Dapat diambil dari jaringan meristem di batang, akar, daun, atau mata tunas.



Kalus



Kumpulan sel-sel yang belum terdiferensiasi, hasil pertumbuhan dari eksplan. Nantinya, kalus akan berdiferensiasi membentuk akar, batang, dan daun.



Plantlet



Tanaman lengkap berukuran kecil, hasil pertumbuhan dari kalus.



Urutan Pertumbuhan Sel atau Jaringan dalam Kultur Jaringan Jika sudah mencapai usia tertentu, plantlet bisa dipindahkan ke media tanam biasa, baik berupa tanah atau media hidroponik. Tanaman yang biasa dikembangkan melalui kultur jaringan, antara lain anggrek, tanaman obat-obatan, kentang, wortel, mawar, mangga, atau pisang abaca. Beberapa keuntungan yang dapat diperoleh dari metode kultur jaringan adalah sebagai berikut.



2.



•



Eksplan yang dibutuhkan hanya sedikit dan dapat diambil dari hampir seluruh bagian tubuh tumbuhan.



•



Sifat genetik dari tanaman yang dihasilkan tetap sama dengan induknya sehingga dapat digunakan untuk melestarikan plasma nutfah.



•



Bibit yang dihasilkan seragam.



•



Tidak bergantung pada musim.



•



Dapat menghasilkan metabolit sekunder.



•



Diperoleh bibit tanaman dalam jumlah besar yang bebas dari penyakit.



•



Tidak membutuhkan banyak waktu.



Kloning Kloning pada hewan adalah usaha perbanyakan individu secara vegetatif. Ada dua cara pelaksanaan kloning, yaitu kloning embrio dan kloning transfer inti.



11



a.



Kloning Embrio Kloning embrio merupakan usaha untuk menghasilkan individu baru yang secara genetik sama dengan kedua induknya, tetapi tanpa perkawinan secara alamiah. Tujuan dari kloning ini untuk diperoleh hewan berkualitas baik dalam jumlah besar dan dalam waktu yang relatif singkat. Hewan-hewan yang dapat dikloning adalah mamalia, seperti sapi, kelinci, dan domba. Tahapan-tahapan dalam kloning embrio adalah sebagai berikut. 1.)



Dilakukan fertilisasi ovum oleh sperma secara in vitro (di luar tubuh induk betina).



2.)



Zigot hasil fertilisasi ditumbuhkan menjadi embrio.



3.)



Embrio-embrio yang sudah terbentuk selanjutnya ditanamkan ke dalam rahim sapi betina dengan cara menyuntikkannya ke dalam rahim.



4.)



Embrio di dalam rahim sapi betina akan tumbuh menjadi anak sapi hingga dilahirkan. Untuk lebih jelasnya, perhatikan skema berikut. Sperma diambil dari sapi jantan unggul



Sapi betina diinseminasi buatan dengan sperma



Terbentuk zigot yang berkembang menjadi embrio



Embrio dibagi menjadi beberapa embrio yang lebih kecil



Setiap embrio ditanamkan ke dalam uterus sapi betina lain



Lahir anak-anak sapi yang sifatnya sama dengan kedua induk asal



Proses Kloning Embrio pada Sapi Kloning embrio pada manusia disebut bayi tabung. Teknik bayi tabung diterapkan kepada pasangan suami-istri yang sulit mendapatkan keturunan karena adanya hambatan pada sistem reproduksi. Misalnya, ketidakmampuan menghasilkan



12



sperma atau ovum yang subur, dinding rahim perempuan yang terlalu lemah, terhambatnya fertilisasi, atau terhambatnya pertumbuhan embrio di dalam rahim. Berikut ini adalah tahapan dalam pelaksanaan bayi tabung. 1.)



Sel telur dan sel sperma diambil dari pasangan suami-istri yang sah. Setelah itu, kedua sel tersebut difertilisasikan secara in vitro dalam tabung berisi medium khusus untuk pertumbuhan zigot hingga membentuk morula.



2.)



Morula selanjutnya diimplantasikan ke dalam rahim ibu.



3.)



Di dalam rahim, morula akan berkembang menjadi janin hingga dilahirkan. Untuk lebih jelasnya, perhatikan skema berikut! Ovum diambil setelah ovulasi atau langsung dari folikel



Sperma diambil dan dipekatkan dengan cara membuang cairan seminal



Dilakukan fertilisasi secara in vitro



Terbentuk zigot



Zigot yang sudah tumbuh menjadi morula diimplantasiknan ke dalam rahim ibu



Terjadi pertumbuhan membentuk janin hingga waktunya dilahirkan



Proses Pelaksanaan Bayi Tabung b.



Kloning Transfer Inti Kloning transfer inti adalah proses pemindahan inti sel donor ke sel lain agar diperoleh individu baru dengan sifat yang sama dengan inti sel donor. Kloning ini bertujuan menghasilkan individu baru dengan sifat dan jenis kelamin yang sama dalam jumlah banyak. Proses kloning dengan cara transfer inti telah diterapkan pada domba dan hasilnya adalah domba Dolly. Domba Dolly berasal dari ovum domba betina yang inti selnya telah diganti dengan inti sel ambing (sel kelenjar susu) domba betina



13



lainnya. Setelah itu, ovum tersebut ditumbuhkan dan dibiarkan berkembang dalam rahim domba betina sampai saatnya dilahirkan. Akan tetapi, domba hasil kloning ini memiliki perkembangan yang kurang baik, yaitu paru-paru kecil, kaki pendek, dan rentan terhadap penyakit. Selain itu, domba tersebut juga mandul. Berikut ini adalah tahapan dalam kloning transfer inti untuk menghasilkan domba Dolly. 1.)



Ovum dari induk I (pendonor ovum) dirusak intinya dengan menggunakan radiasi sinar ultraviolet sehingga tidak memiliki kromosom.



2.)



Sel somatik berupa sel ambing (sel kelenjar susu) dari induk II (pendonor inti) diambil inti selnya saja.



3.)



Inti sel somatik ditransfer ke dalam ovum dengan bantuan kejutan listrik. Hasilnya, ovum memiliki inti sel somatik yang diploid.



4.)



Ovum kemudian membelah berkali-kali hingga membentuk stadium morula.



5.)



Morula selanjutnya diimplantasikan ke dalam uterus induk III (pendonor uterus atau induk asuh) dan ditumbuhkan hingga menjadi bayi domba yang siap dilahirkan. Untuk lebih jelasnya, perhatikan skema berikut! Diambil ovumnya, kemudian inti ovumnya dirusak



Diambil inti sel kambingnya



Inti sel ambing ditransfer ke dalam ovum dengan bantuan kejutan listrik



Ovum yang berinti sel diploid kemudian membelah berkali-kali membentuk stadium morula



Morula selanjutnya diimplantasikan ke dalam uterus induk III (pendonor uterus atau induk asuh)



Morula tumbuh dan berkembang menjadi bayi domba hingga siap dilahirkan



Proses Pembuatan Domba Dolly



14



Domba Dolly yang dilahirkan memiliki sifat yang sama dengan induk II (pendonor inti). Karena pendonor inti adalah domba berumur 6 tahun, domba Dolly yang baru dilahirkan seakan-akan sudah berumur 6 tahun atau mengalami penuaan dini. Domba Dolly akhirnya meninggal pada umur 6 tahun.



SUPER "Solusi Quipper" Cara mudah untuk mengingat cara pelaksanaan kloning adalah sebagai berikut. KAMBING MENGEMBIK DITABRAK INDUKNYA Maksudnya: kloning embrio dan transfer inti



Contoh Soal 3 Pemanfaatan sifat totipotensi pada tumbuhan dalam bidang pertanian adalah …. A. memperbaiki kualitas tanaman budidaya B.



membuktikan bahwa sel tumbuhan dapat diperbanyak melalui teknik kultur jaringan



C.



meneliti kemampuan bagian tumbuhan yang mudah dikembangkan



D. memperoleh bibit tanaman yang seragam dalam jumlah besar E.



meningkatkan hasil panen tanaman budi daya. Jawaban: D



Pembahasan: Sifat totipotensi yang dimiliki oleh tumbuhan memungkinkan tumbuhan dapat diperbanyak melalui teknik kultur jaringan. Dalam bidang pertanian, kultur jaringan bertujuan untuk mendapatkan bibit tumbuhan yang seragam dalam jumlah besar dan dalam waktu yang relatif singkat.



E. 1.



Rekayasa Genetika dan Dampak Negatif dari Bioteknologi Rekayasa Genetika Rekayasa genetika adalah usaha memanipulasi sifat mahluk hidup untuk menghasilkan makhluk hidup baru yang memiliki sifat sesuai dengan yang diinginkan. Rekayasa genetika dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu fusi sel (teknik hibridoma) dan rekombinasi DNA. a.



Fusi Sel (Teknik Hibridoma) Hibridoma adalah sel-sel yang dihasilkan dari fusi atau peleburan dua tipe sel yang berbeda menjadi satu kesatuan tunggal. Hibridoma mengandung gen dari kedua sel



15



asli. Teknik hibridoma dilakukan dengan cara mengambil dua jenis sel dari jaringan yang berbeda, baik dari organisme yang sama atau berbeda. Setelah itu, kedua jenis sel tersebut disatukan menjadi satu sel tunggal. Contohnya, sel penghasil antibodi dengan sel kanker. Pada pelaksanaannya, teknik hibridoma menggunakan sel wadah, sel sumber gen, dan zat fusi gen. 1.)



Sel wadah merupakan sel yang memiliki kemampuan membelah dengan cepat, misalnya sel kanker (myeloma).



2.)



Sel sumber gen merupakan sel dengan sifat yang diinginkan.



3.)



Zat fusi gen merupakan zat- zat yang memicu terjadinya penggabungan sel, seperti medan listrik, PEG (polietilen glikol), dan DMSO (dimetil sulfoksida).



Teknik hibridoma telah dikembangkan untuk memproduksi hormon maupun antibodi. Jika sel penghasil hormon atau antibodi dilebur dengan sel kanker, dalam waktu singkat akan diperoleh hormon atau antibodi dalam jumlah besar. Cara yang digunakan untuk mempercepat terjadinya fusi sel dengan metode elektrofusi. Metode ini dilakukan dengan menggabungkan dua sel dalam satu bidang elektris pada frekuensi tinggi sehingga sel-sel yang akan difusikan tertarik satu sama lain dan akhirnya melebur. Teknik hibridoma dapat dimanfaatkan untuk pembuatan antibodi monoklonal, pemetaan kromosom, dan pembentukan spesies baru. 1.)



Pembuatan antibodi monoklonal Antibodi yang dihasilkan oleh tubuh adalah antibodi multiklonal (poliklonal). Antibodi ini terbentuk karena tubuh dimasuki oleh beberapa benda asing sehingga tubuh membentuk lebih dari satu macam antibodi. Dengan menggunakan teknik hibridoma, dapat dibentuk antibodi monoklonal, yaitu antibodi yang hanya mengenali dan melawan satu jenis antigen tertentu. Berikut ini adalah tahapan dalam pembuatan antibodi monoklonal dengan teknik hibridoma. •



Hewan dari kelompok mamalia (misalnya tikus) disuntik dengan antigen (misalnya bibit penyakit dari manusia).



•



Sel penghasil antibodi, seperti sel limfosit B dari limpa, kelenjar limfa, atau darah dari hewan tersebut diambil dan difusikan dengan sel kanker sehingga dihasilkan sel hibridoma.



•



Sel hibridoma kemudian diklon dan diseleksi untuk memperoleh satu sel hibridoma penghasil antibodi monoklonal sesuai keinginan manusia.



16



•



Sel hibridoma yang sudah dipilih selanjutnya dikembangkan (dikultur) untuk menghasilkan antibodi monoklonal. Untuk lebih jelasnya, perhatikan skema berikut! Tikus disuntik dengan antigen



Sel penghasil antibodi diambil dari limpa



Sel penghasil antibodi difusikan dengan sel kanker, terbentuk sel hibridoma



Sel hibridoma yang terpilih kemudian dikultur agar menghasilkan antibodi monoklonal



Antibodi monoklonal siap dipanen



Skema Pembuatan Antibodi Monoklonal Antibodi monoklonal telah dikembangkan untuk beberapa tujuan sebagai berikut.



2.)



•



Tes kehamilan.



•



Mengikat dan menonaktifkan racun.



•



Mencegah penolakan jaringan terhadap jaringan yang ditransplantasikan.



•



Meningkatkan imunitas tubuh.



•



Memurnikan obat-obatan.



•



Pengobatan kanker, AIDS, hepatitis, flu burung, malaria, lepra, tripanomiasis, dan leismaniasis.



Pemetaan kromosom Pemetaan kromosom merupakan usaha manusia untuk mengetahui letak kromosom yang mengandung gen-gen pembawa sifat tertentu. Pemetaan kromosom memberikan sumbangan informasi pada diagnosis dan pengobatan



17



suatu penyakit. Selain itu, pemetaan kromosom juga berfungsi sebagai pencegahan penyakit keturunan serta memberikan gambaran pada evolusi biologi. 3.)



Pembentukan spesies baru Fusi sel memberikan gambaran peluang diciptakannya spesies baru melalui penggabungan dua sel dari organisme yang berbeda. Misalnya, antarsel hewan yang berbeda spesies, antarsel tumbuhan yang berbeda spesies, atau antarsel hewan dan sel tumbuhan.



b.



Rekombinasi DNA Rekombinasi DNA dapat dilakukan dengan pemotongan dan penyambungan DNA secara in vitro. Untuk mendapatkan rekombinasi DNA, perlu disiapkan hal-hal berikut ini. 1.)



Metode untuk memperoleh gen Gen dapat diperoleh dengan cara-cara berikut.



2.)



•



Metode tembak langsung dengan memotong DNA secara keseluruhan.



•



Metode transkripsi balik, yaitu RNA ditranskripsi balik menjadi DNA dengan bantuan enzim.



•



Metode sintesis gen dengan cara membuat gen secara sintetik.



Enzim pemotong dan penyambung DNA •



Enzim pemotong DNA adalah endonuklease restriksi.



•



Enzim penyambung DNA adalah DNA ligase.



Hasil hibrid dua potongan DNA disebut DNA rekombinan (kimera). 3.)



Sel wadah Sel wadah adalah sel yang menerima DNA rekombinan. Setelah menerima DNA rekombinan, sel ini akan mengalami perubahan sifat yang disebut transformasi. Sel yang sering digunakan sebagai sel wadah adalah bakteri Escherichia coli.



4.)



Vektor pembawa gen sisipan Untuk memasukkan DNA rekombinan ke dalam sel wadah, dibutuhkan vektor (pembawa) gen sisipan. Vektor yang sering digunakan adalah plasmid bakteri, yaitu DNA nonkromosom yang berbentuk sirkuler.



18



Rekombinasi DNA dapat dilakukan dengan teknologi plasmid. Penerapan teknologi plasmid yang sudah dilakukan adalah proses pembuatan hormon insulin dengan tahapan sebagai berikut. 1.)



Plasmid bakteri dan DNA yang mengandung gen insulin masing-masing dipotong menggunakan enzim pemotong endonuklease restriksi.



2.)



Potongan DNA gen insulin disambungkan pada plasmid dengan menggunakan enzim DNA ligase sehingga terbentuk plasmid rekombinan.



3.)



Plasmid rekombinan dimasukkan kembali ke dalam tubuh bakteri sehingga diperoleh bakteri yang memiliki gen kromosom asli dan gen insulin.



4.)



Bakteri dikembangbiakkan sehingga diperoleh populasi bakteri yang mampu memproduksi insulin dalam jumlah besar.



5.)



Hormon insulin tersebut dapat digunakan untuk para penderita diabetes mellitus. Untuk lebih jelasnya, perhatikan skema berikut. DNA yang mengandung gen insulin diambil dari sel pankreas dan dipotong dengan enzim endonuklease restiksi



Plasmid dikeluarkan dari tubuh bakteri dan dipotong dengan enzim endonuklease restriksi



Kedua fragmen digabung dengan menggunakan enzim DNA ligase, terbentuk plasmid rekombinan



Plasmid rekombinan dimasukkan kembali ke dalam tubuh bakteri



Bakteri rekombinan dikembangbiakkan agar menghasilkan insulin dalam jumlah besar



Tahapan Pembuatan Hormon Insulin dengan Teknologi Plasmid



2.



Pemanfaatan Rekayasa Genetika Rekayasa genetika dapat dimanfaatkan, antara lain untuk terapi gen, pembuatan vaksin



19



baru, dan pembuatan organisme transgenik. a.



Terapi gen Terapi gen merupakan usaha perbaikan kelainan genetik dengan memperbaiki susunan basa nitrogen pada rantai DNA dalam gen. Terapi gen telah diterapkan untuk memperbaiki kelainan genetik ADD (Adenosine Deaminase Deficiency), yaitu kelainan berupa hilangnya daya tahan tubuh akibat tidak memiliki enzim ADA (Adenosine Deaminase). ADD menyebabkan penyakit SCID (Severe Combined Immunodeficiency disease).



b.



Pembuatan vaksin baru Vaksin baru yang telah dibuat dengan teknik rekayasa genetik adalah vaksin subunit. Vaksin ini dibuat dari bagian tertentu mikroorganisme yang imunogenik secara alami. Contoh: vaksin untuk hepatitis B, yaitu Recombivax HB vaccine.



c.



Pembuatan organisme transgenik Organisme transgenik adalah organisme yang mendapatkan gen-gen dari organisme lain. Berikut ini adalah jenis-jenis organisme transgenik. 1.)



Tanaman transgenik Tanaman transgenik merupakan tanaman hasil rekayasa genetik dengan sistem penggabungan gen-gen pada suatu rangkaian DNA. Penggabungan gen ini dapat dilakukan secara langsung dengan alat penembak gen atau secara tidak langsung dengan menggunakan vektor, misalnya bakteri Agrobacterium tumefaciens. Tumbuhan yang termasuk tanaman transgenik adalah sebagai berikut.



2.)



•



Tumbuhan yang tahan hama.



•



Tumbuhan yang memupuk sendiri.



•



Tumbuhan yang mengandung gizi tambahan.



•



Buah-buahan yang lebih tahan lama untuk disimpan.



•



Tumbuhan yang tahan herbisida.



•



Tumbuhan yang tahan terhadap perubahan cuaca.



•



Tumbuhan bioluminesensi.



Hewan transgenik Hewan transgenik merupakan hewan yang mengandung sisipan gen asing di dalam genomnya. Pembuatan hewan transgenik dapat dilakukan dengan dua cara sebagai berikut. •



Pronuclear injection Pronuclear injection merupakan teknik memasukkan transgen (gen



20



terpilih yang akan dipindahkan) secara langsung ke dalam pronukleus ovum yang sudah dibuahi. •



Embryonic stem (ES) cell electroporation dan subsequent blastocyst injection Cara ini dilakukan dengan menginsersi transgen ke dalam sel induk embrionik (ES) dan dilanjutkan dengan memasukkan ES cells ke dalam blastokista.



3.



Dampak Negatif dari Bioteknologi Selain membawa banyak manfaat yang luar biasa bagi manusia, ternyata, bioteknologi juga memiliki dampak negatif. Dampak negatif ini timbul jika penggunaan bioteknologi tidak diawasi dan akhirnya disalahgunakan oleh pihak-pihak yang kurang bertanggung jawab. Berikut ini adalah beberapa dampak negatif dari bioteknologi. a.



Munculnya tanaman supergulma Dampak ini muncul jika yang dijadikan tanaman transgenik adalah tanaman yang tahan terhadap herbisida atau hama dan sangat adaptif terhadap lingkungan.



b.



Erosi plasma nutfah Dampak ini muncul akibat tanaman transgenik lebih dikembangkan dibandingkan tanaman nontransgenik.



c.



Terganggunya keseimbangan ekosistem Dampak ini muncul akibat kematian organisme nontarget ketika memakan tanaman transgenik yang resisten terhadap pestisida.



d.



Penyebaran bakteri strain secara liar Penyebaran bakteri ini dapat membawa kerugian besar dan membahayakan. Misalnya, bakteri pembersih tumpahan minyak yang berada di pengeboranpengeboran minyak bumi.



e.



Kemungkinan diciptakan mikroorganisme patogen jenis baru Mikroorganisme hasil rekayasa genetika yang bersifat patogen sangat berbahaya jika terlepas keluar dari laboratorium.



f.



Timbulnya bahan makanan yang mengandung protein baru bersifat toksik Protein baru yang berasal dari organisme transgenik kemungkinan dapat menimbulkan alergi pada sebagian orang, bahkan bisa bersifat toksik.



g.



Risiko tinggi bagi organisme hasil kloning Risiko ini muncul karena organisme hasil kloning kemungkinan mengalami kelainan, seperti sistem kekebalan tubuh tidak baik, penuaan dini, kelainan fungsi hati, jantung, dan gangguan darah.



21



h.



Teknik bayi tabung yang dapat membingungkan status orang tuanya Pembuatan bayi tabung yang menggunakan sel sperma dan sel telur yang keduanya diambil dari bank sel kelamin, akan menimbulkan kebingungan untuk menetapkan status orang tua bagi si bayi.



i.



Penyalahgunaan senjata biologis Senjata biologis berupa bakteri atau virus patogen lebih berbahaya jika digunakan dalam perang. Hal ini karena organisme-organisme tersebut dapat berkembang biak secara liar sehingga keberadaannya lebih lestari.



Contoh Soal 4 Pembuatan hormon insulin menggunakan teknologi plasmid membutuhkan hal-hal berikut ini, kecuali…. A. plasmid bakteri sebagai vektor pembawa gen sisipan B.



gen penghasil insulin yang diambil dari sel-sel pankreas



C.



enzim DNA ligase sebagai pemotong DNA



D. sel wadah berupa bakteri Escherichia coli E.



kimera yang akan dimasukkan ke dalam sel wadah Jawaban: C



Pembahasan: Teknologi plasmid untuk membuat hormon insulin membutuhkan hal-hal berikut ini. •



Gen insulin yang diambil dari pankreas manusia.



•



Plasmid bakteri sebagai vektor pembawa gen sisipan.



•



Kimera yang merupakan hasil penggabungan plasmid dan gen insulin.



•



Enzim DNA ligase sebagai penyambung plasmid dan gen insulin



•



Enzim endonuklease restriksi sebagai pemotong DNA.



•



Bakteri Escherichia coli sebagai sel wadah.



22



Kurikulum 2013 Revisi



Kelas XII



B I O LO G I



Evolusi



Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami tentang teori-teori evolusi. 2. Memahami tentang bukti-bukti evolusi. 3. Memahami tentang mekanisme evolusi. 4. Memahami tentang Hukum Hardy-Weinberg. 5. Memahami tentang spesiasi. 6. Memahami tentang pohon filogeni. 7. Memahami tentang teori asal-usul kehidupan.



Tahukah kamu tentang orang utan? Orang utan adalah makhluk yang cerdas. Menurut Darwin, orang utan dianggap sebagai nenek moyang manusia. Untuk menjadi manusia, orang utan harus mengalami “perjalanan yang sangat panjang”. Benarkah demikian? Untuk lebih jelasnya kamu bisa mempelajari sesi Evolusi ini. Evolusi adalah perubahan pada makhluk hidup yang terjadi secara perlahan-lahan dan dalam waktu yang lama. Evolusi juga merupakan perkembangan makhluk hidup secara bertahap menuju kesempurnaan yang memerlukan waktu sangat lama.



A. Macam-Macam Evolusi Evolusi dapat dibagi menjadi beberapa macam, antara lain sebagai berikut.



1. Berdasarkan Akibat yang Ditimbulkan Berdasarkan akibat yang ditimbulkannya, evolusi dibagi menjadi dua macam, yaitu evolusi progresif dan evolusi regresif.



a. Evolusi progresif adalah evolusi yang mengarah kepada terbentuknya spesies baru yang mampu bertahan hidup dan berkelanjutan. Misalnya evolusi pada manusia. b. Evolusi regresif adalah evolusi yang mengarah kepada terbentuknya spesies baru yang tidak mampu bertahan hidup dan akhirnya punah. Misalnya evolusi pada dinosaurus.



2. Berdasarkan Objek yang Mengalami Berdasarkan objek yang mengalaminya, evolusi dibagi menjadi dua macam, yaitu evolusi kosmik dan evolusi organik. a. Evolusi kosmik adalah evolusi yang terjadi pada lingkungan abiotik. Misalnya, perubahan suatu daerah beberapa ratus atau ribu tahun yang lalu akan berbeda bila dibandingkan dengan keadaan sekarang. b. Evolusi organik (evolusi makhluk hidup) adalah evolusi yang terjadi pada makhluk hidup dan berlangsung dari generasi ke generasi. Misalnya, ular dulu dianggap memiliki kaki, tetapi sekarang ular tidak memiliki kaki. Evolusi organik disebut juga evolusi biologi. Evolusi biologi dibagi menjadi dua macam, yaitu mikroevolusi dan makroevolusi. 1.) Mikroevolusi adalah perubahan pada makhluk hidup yang terjadi pada tingkat gen dan berlangsung dari generasi ke generasi hingga menimbulkan perubahan fenotipe pada populasi. 2.) Makroevolusi adalah perubahan pada makhluk hidup yang menyebabkan terbentuknya



kelompok-kelompok



baru



dalam



taksonomi.



Misalnya



terbentuknya spesies baru, genus baru, sampai kingdom baru.



3. Berdasarkan Jumlah Spesies yang Berevolusi dan yang Dihasilkan Berdasarkan jumlah spesies yang berevolusi dan yang dihasilkan, evolusi dibagi menjadi dua macam, yaitu evolusi divergensi dan evolusi konvergensi. a. Evolusi divergensi adalah evolusi yang diawali dari satu spesies kemudian menghasilkan banyak spesies. Misalnya, evolusi yang terjadi pada burung finch di kepulauan Galapagos. b. Evolusi konvergensi adalah evolusi yang diawali dari banyak spesies kemudian mengalami penyusutan spesies. Misalnya evolusi yang terjadi pada kelompok reptil.



B. Teori-Teori Evolusi Banyak teori tentang evolusi yang sudah dibuat oleh para ahli. Berikut ini adalah beberapa teori evolusi yang disusun sebelum dan setelah Charles Darwin mengemukakan teori evolusinya yang sangat terkenal. Evolusi



2



1. Teori Evolusi Sebelum Charles Darwin Sebelum Charles Darwin menyusun teorinya tentang evolusi, sudah ada beberapa ilmuwan yang mengemukakan tentang adanya evolusi pada makhluk hidup. a. Plato Plato adalah ilmuwan Yunani yang hidup pada tahun 428 – 348 SM. Menurut Plato, pencipta yang menciptakan dunia, juga menciptakan para dewa yang akan membuat manusia dengan jenis kelamin laki-laki. Wanita dan hewan muncul dari reinkarnasi jiwa laki-laki. b. Aristoteles Aristoteles adalah ilmuwan Yunani yang hidup pada tahun 384 – 322 SM. Menurut Aristoteles, organisme yang telah ada dianggap tidak sempurna dan bergerak ke arah keadaan yang lebih baik. c. Anaximander Anaximander adalah filsuf Yunani yang hidup pada tahun 611 – 574 SM. Menurut Anaximander, makhluk hidup tingkat tinggi berasal dari makhluk hidup tingkat rendah. d. Copernicus dan Galileo Copernicus dan Galileo pada tahun 1543 menunjukkan bahwa matahari adalah pusat dari rotasi planet-planet, bukan bumi. Dunia organik dan dunia fisik dapat diatur dengan hukum-hukum alam. e. Erasmus Darwin Erasmus Darwin merupakan kakek dari Charles Darwin, hidup pada tahun 1731 – 1802. Menurut Erasmus Darwin, kehidupan di bumi memiliki asal-usul yang sama dan respons fungsional akan diwariskan pada keturunannya. Hewan-hewan yang ada sekarang ini mungkin berasal dari hewan-hewan lain. f. Comte de Buffon (1707 – 1788) Menurut Buffon, makhluk hidup yang ada sekarang berasal dari makhluk hidup yang lain. g. George Cuvier(1797 – 1875) Menurut Cuvier, kepunahan spesies akan digantikan oleh spesies yang baru. Teori ini dikenal dengan Teori Katastropisme.



2. Teori Evolusi Charles Darwin Sebelum menyusun teorinya, Charles Darwin melakukan serangkaian penelitian terhadap burung-burung finch yang hidup di kepulauan Galapagos. Menurut Darwin, terdapat 14 spesies burung finch yang hidup di Galapagos. Burung-burung tersebut memiliki kemiripan dengan burung finch yang ada di daratan Amerika Selatan, tetapi



Evolusi



3



merupakan spesies yang berbeda. Kemungkinan burung finch yang ada di Galapagos semula adalah anggota dari populasi finch di Amerika selatan, tetapi kemudian melakukan migrasi ke Galapagos. Sekembalinya dari Galapagos, Darwin melanjutkan penelitiannya, dan kemudian berhasil menyusun teori evolusinya yang sangat terkenal, yaitu Teori Seleksi Alam. Menurut teori Darwin, asal mula spesies terjadi melalui seleksi alam. Dengan adanya seleksi alam, makhluk hidup selalu berjuang untuk mempertahankan hidupnya. Hanya makhluk hidup yang dapat menyesuaikan diri terhadap perubahan lingkungan yang dapat bertahan hidup dan memenangkan perjuangan untuk meneruskan keturunannya. Dalam bukunya yang berjudul “On the Origin of Species by Means of Natural Selection”, terdapat dua teori utama Darwin tentang evolusi, yaitu sebagai berikut. a. Spesies-spesies yang hidup sekarang ini berasal dari spesies-spesies yang hidup pada masa lalu. b. Kejadian evolusi karena seleksi alam atau seleksi alam merupakan penyebab evolusi adaptif.



SUPER "Solusi Quipper" Untuk mengingat teori utama Darwin, gunakan cara SUPER berikut.



Si Sekar Si Pemalu Kepo Semalam Si Sekar Si Pemalu = Spesies-spesies yang hidup sekarang ini berasal dari spesies-spesies yang hidup pada masa lalu. Kepo Semalam



= Kejadian evolusi karena seleksi alam



Beberapa ahli yang memengaruhi pemikiran Darwin dalam menyusun teori evolusinya antara lain sebagai berikut. a. Jean Baptiste Lamarck Menurut Lamarck: 1.) lingkungan berpengaruh terhadap ciri atau sifat yang diwariskan; 2.) ciri atau sifat yang dimiliki oleh makhluk hidup akan diwariskan kepada keturunannya; dan



Evolusi



4



3.) organ yang digunakan terus menerus akan berkembang, sedangkan organ yang tidak digunakan akan mengalami kemunduran. Pernyataan ini kemudian dikenal dengan use and disuse theory. b. Sir Charles Lyell Menurut Lyell, batuan, pulau-pulau, dan benua selalu mengalami perubahan. Perubahan-perubahan tersebut akan berpengaruh terhadap makhluk hidup. Berdasarkan pendapat Lyell dan pengamatannya terhadap fosil, Darwin menyimpulkan bahwa fosil yang ditemukan pada batuan tua memiliki umur yang lebih tua dibandingkan dengan fosil yang ditemukan pada batuan muda. c. Alfred Russel Wallace Wallace yang seorang naturalis, mengemukakan teori evolusi yang sama dengan teori evolusi Darwin. d. Thomas Robert Malthus Menurut Malthus, kenaikan jumlah penduduk cenderung lebih cepat daripada kenaikan produksi makanan. Oleh sebab itu, akan muncul masalah kelaparan.



3. Perbandingan Teori Evolusi Darwin dengan Lamarck dan Weismann a. Perbandingan Teori Evolusi Darwin dan Lamarck Dengan memperhatikan panjangnya leher jarapah, dapat disimpulkan bahwa: 1.) Menurut Lamarck Nenek moyang jerapah kemungkinan berleher pendek. Jerapah-jerapah kemudian berusaha menjangkau daun-daun yang tinggi, sehingga lehernya tertarik menjadi panjang. Akhirnya keturunan jerapah berikutnya berleher panjang. Jadi, menurut Lamarck evolusi terjadi melalui mekanisme adaptasi. Organ yang sering digunakan akan terus berkembang, sedangkan organ yang tidak digunakan akan mengalami kemunduran (teori use and disuse) 2.) Menurut Darwin Panjang leher jerapah bervariasi, ada yang panjang dan ada yang pendek. Jerapah yang berleher panjang kemudian memenangkan kompetisi dalam mencari makanan, sehingga jerapah berleher pendek mengalami kepunahan. Jadi, menurut Darwin, evolusi terjadi melalui mekanisme seleksi alam. Makhluk hidup yang dapat beradaptasi dan memenangkan perjuangan akan terus bertahan. Sebaliknya makhluk hidup yang tidak dapat beradaptasi akan mengalami kepunahan. b. Perbandingan Teori Evolusi Lamarck dan Weismann Weismann menentang teori evolusi Lamarck dengan melakukan percobaan terhadap pemotongan ekor tikus. Dari hasil percobaannya, tikus-tikus yang Evolusi



5



dipotong ekornya, kemudian dikawinkan, ternyata menghasilkan anak-anak tikus yang tetap berekor panjang. c. Perbandingan Teori Evolusi Darwin dan Weismann Teori evolusi Weismann tidak menentang teori evolusi Darwin. Menurut Weismann, evolusi merupakan gejala seleksi alam terhadap faktor-faktor genetik.



Contoh Soal 1 Menurut Charles Darwin, yang menyebabkan adanya jerapah berleher panjang hingga sekarang adalah .... A. matinya jerapah berleher pendek B. memanjangnya leher induk jerapah untuk menjangkau daun yang tinggi C. memanjangnya leher anak jerapah untuk menjangkau daun yang tinggi D. memanjangnya leher induk jerapah karena menjangkau daun yang tinggi dan sifat tersebut diturunkan pada keturunannya E. matinya jerapah berleher pendek dan berkembang biaknya jerapah berleher panjang Jawaban: E Pembahasan: Menurut Darwin, dalam populasi jerapah terdapat jerapah berleher panjang dan jerapah berleher pendek. Ketika terjadi persaingan dalam memperebutkan makanan, jerapah berleher panjang dapat menjangkau daun-daunan di tempat yang tinggi, sementara jerapah berleher pendek tidak. Hal ini menyebabkan kematian pada jerapah berleher pendek, sedangkan jerapah berleher panjang tetap hidup dan berkembang biak.



C. Petunjuk-Petunjuk Evolusi Beberapa hal yang dapat dijadikan sebagai petunjuk adanya evolusi antara lain variasi dalam satu keturunan, pengaruh penyebaran geografis, fosil, perbandingan anatomi, perbandingan embriologi, petunjuk biokimia, domestikasi, dan organ tubuh yang tersisa.



1. Variasi dalam satu keturunan Tidak ada dua individu dalam satu keturunan yang sama persis. Menurut Darwin, variasi individu dipengaruhi oleh faktor-faktor luar seperti suhu, tanah, dan makanan.



2. Pengaruh penyebaran geografis Penyebaran geografis akan memengaruhi flora dan fauna yang berpindah dari satu wilayah ke wilayah lain, menjadi berbeda dengan sebelumnya. Flora dan fauna di lingkungan yang baru menunjukkan arah perkembangan yang menyimpang dari perkembangan flora dan fauna di tempat asalnya.



Evolusi



6



3. Fosil Fosil adalah sisa-sisa organisme masa lalu yang mengalami mineralisasi di dalam batuan. Fosil umumnya ditemukan pada batuan sedimen, yang mengendap di dasar laut, danau, atau rawa. Fosil terlengkap yang ditemukan adalah fosil kuda. Fosil kuda tertua diperkirakan berumur 50 juta tahun yang lalu, diberi nama Hyracotherium (Eohippus), sedangkan fosil termuda ditemukan berumur 1 juta tahun yang lalu dengan nama Equus. Urutan dari fosil kuda yang telah ditemukan, dari yang tertua hingga yang termuda adalah sebagai berikut.



Hyracotherium (Eohippus)



⇒ awal Eosen, 60 juta tahun yang lalu



⇓ Mesohippus



⇒ akhir Eosen, 35 juta tahun yang lalu



⇓ Meryhippus



⇒ pertengahan Miosen, 15 juta tahun yang lalu



⇓ Pliohippus



⇒ akhir Miosen, 8 juta tahun yang lalu



⇓ Equus



⇒ pleistosen, 1 juta tahun yang lalu



Adapun perubahan-perubahan yang diperkirakan terjadi pada evolusi kuda yaitu sebagai berikut. a. Tubuh mengalami pertambahan besar dari hanya sebesar kucing menjadi berukuran seperti kuda sekarang. b. Jarak antara mulut dan mata semakin jauh. c. Leher semakin panjang. d. Kepala bertambah besar. e. Geraham depan dan geraham belakang semakin lebar, bentuk penyesuaian terhadap makanan yang berupa rumput-rumputan. f. Anggota gerak semakin panjang, sehingga gerakan semakin lincah dan makin cepat larinya. g. Terjadi reduksi jumlah jari kaki depan, dari 5 buah jari menjadi satu jari.



Evolusi



7



4. Perbandingan anatomi Ada dua kelompok organ, yaitu organ homolog dan organ analog. a. Organ homolog adalah organ-organ yang memiliki struktur asal sama, tetapi fungsinya berbeda. Contoh:



Tangan manusia, terdiri atas: Tulang lengan atas (humerus)



Kaki depan kuda ⇒ untuk berjalan



Tulang pengumpil (radius) Tulang hasta (ulna) Tulang pergelangan tangan (carpal)



HOMOLOG DENGAN



Tulang telapak tangan (metacarpal) Tulang ruas jari (phalanges)



Sayap burung



⇒ terbang



Sirip paus



⇒ berenang



Struktur asal dari kaki depan, sayap, dan sirip hewan-hewan tersebut sama dengan tangan manusia.



Tangan manusia untuk memegang



b. Organ analog adalah organ-organ yang fungsinya sama, tetapi struktur asalnya berbeda. Contoh: sayap burung dan sayap kupu-kupu keduanya berfungsi untuk terbang, kaki depan kuda dan kaki depan sapi keduanya berfungsi untuk berjalan.



5. Perbandingan embriologi Berdasarkan perbandingan embriologi, perkembangan awal dari embrio vertebrata menunjukkan persamaan, meskipun pada perkembangan selanjutnya menunjukkan perbedaan. Jika pada perkembangan awal embrio makin banyak perbedaannya, hubungan kekerabatannya juga semakin jauh. Perkembangan embrio vertebrata dari zigot hingga dewasa dapat digunakan untuk membandingkan perkembangan makhluk hidup dari filum yang sederhana hingga filum yang kompleks. Pada perkembangan embriologi digunakan istilah ontogeni dan filogeni.



Evolusi



8



a. Ontogeni adalah perkembangan makhluk hidup dari zigot hingga dewasa. Waktu yang dibutuhkan untuk mengamati tidak panjang. b. Filogeni adalah perkembangan makhluk hidup dari filum yang sederhana hingga filum yang kompleks. Waktu yang dibutuhkan untuk mengamati sangat lama, sehingga sulit dilakukan. Oleh sebab itu ontogeni disebut juga gambaran singkat dari suatu filogeni.



6. Perbandingan fisiologi Jika ditinjau proses fisiologinya, beberapa hewan memiliki persamaan. Misalnya paus dan burung adalah dua jenis hewan yang berbeda bentuk dan habitatnya, tetapi keduanya memiliki persamaan, yaitu menggunakan paru-paru sebagai alat pernapasannya. Kemiripan-kemiripan yang ada pada makhluk hidup memperkuat dugaan adanya hubungan kekerabatan antarmakhluk hidup.



7. Petunjuk biokimia Uji endapan atau presipitin yang dikembangkan oleh Natael dapat digunakan untuk menentukan seberapa jauh hubungan kekerabatan antarorganisme. Presipitin diperoleh dari hasil reaksi antara antigen dan antibodi. Semakin banyak presipitin yang terbentuk, makin dekat hubungan kekerabatannya. Berikut ini adalah hasil uji presipitin pada beberapa jenis hewan dari golongan primata, karnivora, ungulata, dan rodentia. Asal Serum



Primata



Karnivora



Ungulata



Rodentia



Organisme



Jumlah Presipitin



Manusia



100



Gorilla



64



Orang utan



42



Baboon



29



Kucing



3



Anjing



3



Banteng



10



Kambing



7



Kuda



2



Babi hutan



0



Marmot



0



Kelinci



0



Evolusi



9



8. Domestikasi Domestikasi adalah usaha manusia untuk menjadikan hewan dan tumbuhan liar menjadi hewan dan tumbuhan budidaya. Pada domestikasi, hewan dan tumbuhan mengalami perubahan habitat, jenis, atau perilaku. Selain itu, biasanya domestikasi disertai dengan seleksi dan perkawinan silang yang memungkinkan munculnya spesies baru. Oleh sebab itu, domestikasi dapat dianggap sebagai faktor yang mempercepat terjadinya evolusi.



9. Organ tubuh yang tersisa Beberapa organisme termasuk manusia masih memiliki organ sisa pada tubuhnya. Organ-organ tersebut sudah tidak berfungsi bagi organisme yang bersangkutan, namun dapat dianggap sebagai sisa dari perjalanan evolusi makhluk hidup. Beberapa organ sisa yang terdapat pada manusia antara lain sebagai berikut. a. Umbai cacing (apendiks). b. Gigi taring. c. Kelenjar susu pada pria. d. Tulang ekor. e. Otot penggerak telinga. f. Selaput mata pada sudut mata sebelah dalam. g. Rambut dada pada pria. h. Otot-otot piramida yang terdapat di bagian perut. Beberapa organ sisa yang terdapat pada hewan antara lain sebagai berikut. a. Sayap pada burung kiwi yang sudah tidak difungsikan untuk terbang. b. Rambut pada embrio paus akan mereduksi setelah dewasa karena dapat menghambat pergerakan tubuh di dalam air.



Contoh Soal 2 Salah satu petunjuk evolusi adalah homologi organ tubuh. Di antara struktur-struktur berikut, yang tidak homolog dengan organ tangan manusia adalah …. A. sirip lumba-lumba B. sayap kelelawar C. sayap kupu-kupu D. sayap burung E. kaki depan kadal Jawaban: C



Evolusi



10



Pembahasan: Organ homolog adalah organ-organ yang memiliki struktur asal sama, tetapi fungsinya berbeda. Tangan manusia homolog dengan kaki depan kadal, sayap burung, sayap kelelawar, maupun sirip lumba-lumba. Akan tetapi tangan manusia tidak homolog dengan sayap kupu-kupu, karena keduanya tidak memiliki struktur asal yang sama.



D. Mekanisme Evolusi Ada tiga mekanisme yang menyebabkan terjadinya evolusi, yaitu mutasi gen, seleksi alam, dan seleksi buatan.



1. Mutasi Gen Mutasi gen merupakan perubahan pada struktur kimia DNA yang menyebabkan perubahan sifat pada suatu organisme dan bersifat menurun. Menurut Hugo de Vries, mutasi gen dan rekombinasi genetik pada keturunan-keturunan baru menyebabkan terbentuknya variasi genetik. Mutasi ada yang merugikan dan ada yang menguntungkan bagi organisme bersangkutan. a. Ciri-ciri mutasi yang menguntungkan: 1.) menghasilkan spesies yang memiliki viabilitas dan vitalitas yang tinggi; dan 2.) menghasilkan spesies yang adaptif. b. Ciri-ciri mutasi yang merugikan: 1.) menghasilkan spesies yang tidak adaptif; 2.) menghasilkan gen letal; serta 3.) menghasilkan spesies yang memiliki viabilitas dan vitalitas yang rendah. Besarnya peran mutasi gen dalam evolusi dapat diketahui dari besarnya angka laju mutasi. Angka laju mutasi adalah angka yang menunjukkan jumlah gen yang bermutasi dari seluruh gamet yang dihasilkan oleh individu dalam suatu spesies. Angka laju mutasi umumnya sangat kecil karena gen bersifat tetap dan tidak mudah berubah. Berdasarkan penelitian, angka laju mutasi rata-rata berkisar 1 : 100.000, artinya dalam 100.000 gamet yang dihasilkan oleh individu, terdapat 1 gen yang mengalami mutasi. Secara alamiah, angka laju mutasi yang menguntungkan lebih kecil daripada yang merugikan, yaitu rata-rata 1 : 1.000. Artinya, setiap 1.000 mutasi yang terjadi terdapat 1 mutasi yang menguntungkan.



Evolusi



11



Berikut ini adalah contoh soal untuk menghitung besarnya mutasi yang menguntungkan selama spesies tersebut ada.



Contoh Soal 3 Suatu spesies memiliki data sebagai berikut. Angka laju mutasi gen dalam gamet adalah 1 : 100.000. Jumlah gen yang mampu bermutasi dalam individu adalah 1.000. Perbandingan antara mutasi yang menguntungkan dan mutasi yang terjadi adalah 1 : 1.000. Jumlah individu dalam populasi adalah 10.000. Jumlah populasi dalam spesies adalah 1.000.000. Jumlah generasi selama spesies itu ada adalah 7.000. Jumlah gen bermutasi yang sifatnya menguntungkan selama spesies tersebut ada adalah …. Pembahasan: ⇒ Jumlah gen bermutasi yang menguntungkan yang terjadi pada setiap individu



=



1 1 1 × 1.000   × = 100.000 1.000 100.000



⇒ Jumlah gen bermutasi yang menguntungkan dalam setiap generasi



=



1 × 1.000 × 1.000.000= 100.000



10.000



⇒ Jumlah gen bermutasi yang menguntungkan selama spesies tersebut ada = 10.000 x 7.000 = 70.000.000 Jadi, meskipun angka laju mutasi sangat kecil, namun secara keseluruhan kemungkinan terjadinya mutasi selama spesies tersebut ada cukup besar, sehingga bisa mengarah pada terjadinya evolusi.



2. Seleksi Alam Seleksi alam menyebabkan organisme yang adaptif dapat bertahan dan meneruskan keturunannya, sedangkan organisme yang tidak adaptif akan mati atau punah. Oleh sebab itu, seleksi alam dianggap sebagai kekuatan penentu arah evolusi dengan mendahulukan organisme yang adaptif untuk menghadapi kompetisi alami. Seleksi alam dapat dibagi menjadi tiga macam, yaitu seleksi berarah, seleksi pemutus, dan seleksi pemantap.



Evolusi



12



a. Seleksi berarah Seleksi berarah merupakan perubahan lingkungan yang menyatakan adaptasi ke arah lingkungan baru. Misalnya, kupu-kupu Biston betularia, sebelum terjadinya revolusi industri di Inggris, lebih banyak yang berwarna cerah dibandingkan yang berwarna gelap. Namun, setelah revolusi industri terjadi hal yang sebaliknya. b. Seleksi pemutus Seleksi pemutus merupakan seleksi yang terjadi jika kondisi lingkungan yang berbeda menyebabkan suatu populasi terbagi menjadi dua subpopulasi. Misalnya, populasi ayam yang sebelumnya hanya terdiri atas satu spesies, karena perbedaan habitat, menyebabkan spesies terpecah menjadi dua populasi, yaitu ayam hutan dan ayam kampung. c. Seleksi pemantap Seleksi pemantap merupakan seleksi yang bekerja pada kelompok-kelompok tertentu dari suatu populasi sehingga menghasilkan populasi adaptif dan menyisihkan kelompok-kelompok dengan variasi yang ekstrem dan tidak adaptif.



3. Seleksi Buatan Manusia telah memodifikasi spesies lain selama beberapa generasi dengan cara menyeleksi individu dengan sifat yang diinginkan sebagai induk dalam pembibitan. Seleksi buatan ini dapat melakukan perubahan dalam kurun waktu yang relatif singkat. Dari seleksi buatan akan muncul spesies-spesies baru, sehingga seleksi buatan merupakan salah satu mekanisme terjadinya evolusi, namun dengan keterlibatan manusia di dalamnya.



E. Hukum Hardy-Weinberg Hukum Hardy-Weinberg menyatakan bahwa frekuensi alel dan frekuensi genotipe dalam suatu populasi dari generasi ke generasi akan selalu tetap (konstan) apabila persyaratannya terpenuhi, yaitu sebagai berikut. 1. Populasi besar, artinya anggota populasinya banyak. 2. Merupakan populasi tertutup,artinya tidak terjadi migrasi keluar dan migrasi masuk. 3. Tidak terjadi mutasi atau harus ada keseimbangan mutasi. Artinya, perubahan genetik ke satu arah diimbangi oleh sejumlah mutasi yang sama dengan arah yang berlawanan. Misalnya, jika A bermutasi menjadi a maka diimbangi dengan a menjadi A, dengan frekuensi yang sama besar. 4. Tidak terjadi seleksi. 5. Perkawinan antarindividu berlangsung acak. 6. Setiap individu (AA, Aa, aa) dalam populasi memiliki viabilitas (kemampuan hidup) dan fertilitas (kemampuan reproduksi) yang sama.



Evolusi



13



Hukum Hardy-Weinberg tidak berlaku untuk proses evolusi karena selalu menghasilkan angka perbandingan yang tetap dari generasi ke generasi berikutnya. Rumus aljabar hukum Hardy-Weinberg adalah sebagai berikut. (p + q)2 = 1 ⇒ p2 + 2pq + q2 = 1 Keterangan: p2



= frekuensi genotipe dominan homozigot;



2pq = frekuensi genotipe heterozigot; q2 = frekuensi genotipe resesif homozigot; p



= frekuensi alel dominan; dan



q



= frekuensi alel resesif.



1. Frekuensi alel adalah perbandingan antara jumlah suatu alel dengan alel lainnya dalam suatu populasi. 2. Frekuensi genotipe adalah perbandingan jumlah suatu genotipe dengan genotipe lainnya dalam suatu populasi. Untuk alel ganda seperti golongan darah sistem ABO, berlaku rumus: (p + q + r)2 = 1 ⇒ p2 + 2pr + q2 + 2qr + 2pq + r2 = 1 Keterangan: p2



= frekuensi genotipe dominan homozigot (IAIA);



2pr = frekuensi genotipe heterozigot (IAi); q2 = frekuensi genotipe dominan homozigot (IBIB); 2qr = frekuensi genotipe heterozigot (IBi); 2pq = frekuensi genotipe IAIB; r2



= frekuensi genotipe resesif homozigot (ii);



p



= frekuensi alel IA;



q



= frekuensi alel IB; dan



r



= frekuensi alel i.



Contoh Soal 4 Dalam sebuah kota terdapat penderita albino 16%. Berapa jumlah orang yang normal heterozigot kalau jumlah penduduk kota tersebut 50.000 orang?



Evolusi



14



A. 1.100 orang B. 2.400 orang C. 8.000 orang D. 16.000 orang E. 24.000 orang Jawaban: E



Pembahasan: Genotipe penderita albino adalah aa. Jumlah penderita albino adalah 16%. Jumlah penduduk adalah 50.000 orang. Rumus Hardy-Weinberg:



p2 + 2pq + q2 = 1 ⇒ q2 = aa = 16% = 0,16 q =



0,16 = 0,4



⇒ (p + q)2 = 1 ⇒ p + 0,4 = 1 p = 0,6 Jumlah orang yang berkulit normal heterozigot = 2pq = 2 x 0,6 x 0,4 x 50.000



= 0,48 x 50.000







= 24.000



Jadi, jumlah orang berkulit normal heterozigot ada 24.000 orang.



Contoh Soal 5 Pada suatu populasi terdapat kelompok orang bergolongan darah A sebanyak 27% dan orang bergolongan darah O sebanyak 9%. Frekuensi gen IA dan IB berturut-turut adalah …. A. 0,1 dan 0,2 B. 0,2 dan 0,3 C. 0,3 dan 0,4 D. 0,3 dan 0,2 E. 0,2 dan 0,1 Jawaban: C Pembahasan: golongan darah O bergenotipe ii = 9% golongan darah A bergenotipe IAIA dan IAi = 27%.



Evolusi



15



Rumus Hardy-Weinberg untuk golongan darah ABO: (p + q + r)2 = 1 ⇒ p2 + 2pr + q2 + 2qr + 2pq + r2 = 1 ⇒ ii = r2 = 9% = 0,09 r=



0,09 = 0,3 ⇒ r = 0,3



⇒ IAIA dan IAi = 27% (p + r)2 = 27% + 9% = 36% p+r =



0,36 = 0,6



p = 0,6 – 0,3 = 0,3 ⇒ p = 0,3 ⇒ (p + q + r)2 = 1 0,3 + q + 0,3 = 1 ⇒ q = 0,4 ⇒ p = IA = 0,3 ; q = IB = 0,4 ; r = i = 0,3 Jadi, frekuensi gen IA dan IB berturut-turut adalah 0,3 dan 0,4.



F . Perubahan Kesetimbangan Frekuensi Alel dan Genotipe dalam Populasi Kesetimbangan frekuensi genetik dalam populasi dapat mengalami perubahan. Perubahan frekuensi alel atau genotipe dari generasi ke generasi dalam suatu populasi disebut mikroevolusi. Faktor-faktor yang mendorong terjadinya mikroevolusi adalah hanyutan genetik (genetic drift), mutasi, aliran gen (gene flow), seleksi alam, dan perkawinan yang tidak acak.



1. Hanyutan genetik (genetic drift) Hanyutan genetik merupakan perubahan yang terjadi dalam kumpulan gen pada suatu populasi kecil akibat kejadian acak, seperti gempa bumi, banjir, atau kebakaran. Kejadian acak ini dapat menyebabkan seluruh anggota populasi terbunuh, sehingga mengurangi ukuran populasi secara drastis.



2. Mutasi Mutasi yang diturunkan melalui sel-sel gamet dapat segera mengubah gene pool dengan cara menggantikan satu alel dengan alel lainnya. Gene pool adalah kumpulan gen dalam suatu populasi pada suatu waktu tertentu.



3. Aliran gene (gene flow) Aliran gene merupakan pertukaran genetik akibat migrasi individu yang subur atau perpindahan gamet antarpopulasi.



Evolusi



16



4. Seleksi alam Faktor seleksi alam menyangkut keberhasilan yang berbeda dalam bereproduksi.



5. Perkawinan tidak acak Suatu individu lebih sering melakukan perkawinan dengan tetangga dekatnya dibandingkan dengan anggota populasi yang berjauhan. Hal ini menyebabkan perkawinan menjadi kurang acak. Faktor tersebut dapat meningkatkan frekuensi genotipe yang homozigot.



G. Spesiasi Spesiasi adalah proses pembentukan spesies baru. Spesies adalah individu-individu dalam suatu populasi yang jika mengadakan perkawinan akan menghasilkan keturunan yang fertil (subur). Terbentuknya spesies baru diawali dengan adanya perubahan faktor dalam (faktor intrinsik) oleh faktor luar (faktor ekstrinsik). Faktor dalam berkaitan dengan gen, sedangkan faktor luar berkaitan dengan keadaan lingkungan. Di alam, spesiasi merupakan akibat adanya populasi yang terisolasi. Ada dua macam isolasi yang mendorong terjadinya spesiasi, yaitu isolasi ekstrinsik dan isolasi intrinsik. 1. Isolasi ekstrinsik merupakan suatu proses isolasi yang membentuk individu baru karena adanya penghalang (sawar) berupa pegunungan tinggi, lautan luas, gurun pasir, perbedaan iklim, atau habitat yang berbeda. Adanya bermacam-macam penghalang tersebut menyebabkan suatu spesies tidak dapat melangsungkan perkawinan secara alami. Isolasi ekstrinsik akan mendorong terbentuknya spesies alopatrik dan spesies simpatrik. a. Spesies alopatrik adalah spesies yang terbentuk dari individu-individu suatu spesies yang memisahkan diri dari spesies lama dan mendiami wilayah yang berbeda. b. Spesies



simpatrik



adalah



individu-individu



dari



suatu



spesies



yang



meninggalkan wilayahnya dan berubah menjadi spesies baru, kemudian kembali menempati wilayah asal bersama-sama dengan spesies lama. 2. Isolasi intrinsik merupakan suatu proses isolasi yang membentuk individu baru karena adanya isolasi reproduksi. Mekanisme isolasi reproduksi dibedakan menjadi isolasi mencegah terjadinya perkawinan, isolasi mencegah terbentuknya hibrida, dan isolasi mencegah kelangsungan hidup hibrida. a. Isolasi mencegah terjadinya perkawinan Isolasi yang dapat mencegah terjadinya perkawinan terdiri atas:



Evolusi



17



1.) Isolasi ekogeografi Dua spesies simpatrik tidak dapat melakukan perkawinan karena sudah lama berada pada lingkungan yang berbeda, dan masing-masing hanya dapat berkembang biak di lingkungannya sendiri. 2.) Isolasi habitat Terjadi pada dua spesies simpatrik yang hidup pada habitat yang berbeda. Perkawinan lebih sering terjadi antaranggota populasi yang hidup di habitat yang sama dibandingkan dengan anggota dari habitat lain. 3.) Isolasi iklim/musim Terjadi pada dua spesies simpatrik yang memiliki musim kawin yang berbeda 4.) Isolasi perilaku Terjadi pada dua spesies simpatrik yang memiliki perilaku kawin yang berbeda. 5.) Isolasi mekanis Dua spesies simpatrik yang memiliki bentuk dan ukuran alat kelamin yang berbeda akan sulit melakukan perkawinan. b. Isolasi mencegah terbentuknya hibrida Isolasi yang dapat mencegah terbentuknya hibrida terdiri atas: 1.) Isolasi gamet Isolasi gamet tidak memungkinkan terjadinya fertilisasi karena sperma tidak dapat mencapai sel telur dan mengalami kematian. 2.) Isolasi perkembangan Isolasi perkembangan tidak dapat membentuk hibrida karena embrio hasil fertilisasi tidak tumbuh dan mengalami kematian. 3.) Ketidakmampuan hidup suatu hibrida Hibrida hasil fertilisasi tidak dapat bertahan hidup karena cacat. c. Isolasi mencegah kelangsungan hidup hibrida Isolasi yang dapat mencegah kelangsungan hidup hibrida terdiri atas: 1.) Kemandulan hibrida Hibrida hasil persilangan tidak dapat menghasilkan keturunan karena steril (mandul). 2.) Eliminasi hibrida karena seleksi Adanya banyak spesies akan menimbulkan seleksi. Hibrida yang tereliminasi tidak akan bertahan hidup.



Evolusi



18



Contoh Soal 6 Dua spesies simpatrik tidak dapat melakukan perkawinan karena adanya isolasi musim. Hal ini disebabkan .… A. kematangan sel-sel kelamin pada kedua spesies tidak bersamaan B. kematangan alat-alat kelamin pada kedua spesies tidak bersamaan C. kematangan alat-alat tubuh pada kedua spesies tidak bersamaan D. kedua spesies membutuhkan musim yang berbeda untuk hidup E. kedua spesies membutuhkan musim yang berbeda untuk memelihara anak-anaknya Jawaban: A Pembahasan: Isolasi musim merupakan penghalang dua spesies simpatrik untuk melakukan perkawinan akibat waktu kematangan sel-sel kelaminnya tidak sama. Oleh sebab itu, secara alami kedua spesies tersebut tidak mungkin melakukan perkawinan.



H. Pohon Filogeni Filogeni diambil dari bahasa Belanda, yaitu fylogenie. Kata ini berasal dari gabungan dua kata dalam bahasa Yunani Kuno yang berarti “asal-usul suku, ras”. Filogeni adalah ilmu yang mempelajari tentang sejarah evolusi kelompok organisme yang saling terkait. Untuk menggambarkan hubungan evolusioner tersebut, dibuat suatu pohon filogeni. Pohon filogeni adalah diagram percabangan atau pohon yang menunjukkan hubungan evolusi antara berbagai spesies makhluk hidup. Hubungan ini didasarkan pada kemiripan dan perbedaan ciri-ciri fisik atau genetik. Takson yang terhubung pada pohon filogeni berarti diturunkan dari satu nenek moyang bersama. Pola percabangan suatu pohon filogeni menggambarkan jenjang taksonomik. Sementara posisi cabang menunjukkan umur divergensi evolusioner. Pada pohon filogeni, takson spesies yang terakhir muncul diletakkan pada cabang teratas. Pohon filogeni dibuat berdasarkan catatan fosil, anatomi perbandingan, serta DNA dan protein dari spesies-spesies yang akan dibuat silsilahnya. Berikut ini adalah contoh pohon filogeni yang menggambarkan sistem filogeni pada tumbuhan.



Evolusi



19



Gambar 1. Sistem filogeni pada tumbuhan



Berdasarkan asal leluhurnya, filogeni dibedakan menjadi tiga kelompok berikut. 1. Monofiletik, yaitu jika leluhur tunggalnya hanya menghasilkan semua spesies turunan dalam takson tersebut dan bukan spesies pada takson lain. 2. Polifiletik, yaitu jika anggotanya diturunkan dari dua atau lebih leluhur yang tidak sama dengan semua anggota takson tersebut. 3. Parafiletik, yaitu jika takson tersebut tidak beranggotakan spesies dari leluhur yang sama. Berikut ini adalah gambar dari tiga kelompok filogeni tersebut.



Gambar 2. Jenis-jenis filogeni



Evolusi



20



Hubungan antarorganisme juga dapat digambarkan menggunakan kladogram. Kladogram adalah diagram yang menunjukkan hubungan antarorganisme yang terkait erat. Kladogram merupakan jenis pohon filogeni yang hanya menunjukkan hubungan antara klad dengan nenek moyang yang sama. Klad atau klade adalah suatu kelompok taksonomi yang memiliki satu leluhur bersama dan semua keturunannya juga berasal dari leluhur tersebut. Pada kladogram, terdapat simpul-simpul yang mewakili nenek moyang yang sama antara dua kelompok. Klad akan disatukan di ujung garis, sehingga anggota-anggota klad tertentu bisa memiliki karakteristik yang sama. Klad bukan disusun berdasarkan karakteristik morfologi, tetapi berdasarkan perbedaan molekuler. Meskipun begitu, kladogram dapat dibangun berdasarkan data morfologi dan perilaku. Berikut ini adalah gambar sebuah kladogram.



Gambar 3. Kladogram



I. Teori Asal-Usul Kehidupan Dari manakah makhluk hidup berasal? Ini adalah pertanyaan yang terus dicari kebenarannya hingga sekarang. Untuk menjawab pertanyaan tersebut, para ahli biologi menyusun beberapa teori tentang asal-usul kehidupan berikut.



1. Teori Abiogenesis Teori abiogenesis klasik disebut juga teori generatio spontanea. Teori ini dikemukakan oleh Aristoteles. Menurut Aristoteles, makhluk hidup berasal dari benda mati dan terjadi secara spontan. Contohnya, katak dan ikan berasal dari lumpur ketika orang melihat katak dan ikan tersebut keluar dari lumpur. Pernyataan tersebut semakin kuat ketika pada tahun 1677, Antony van Leeuwenhoek menemukan mikroskop. Saat melakukan pengamatan terhadap air rendaman jerami, Leeuwenhoek menemukan mikroorganisme dalam air tersebut. Leeuwenhoek kemudian menyatakan bahwa mikroorganisme tersebut berasal dari air rendaman jerami. Pada tahun 1745, John Needham melakukan eksperimen dengan merebus sebentar air kaldu yang berasal dari daging domba. Air kaldu tersebut kemudian didinginkan



Evolusi



21



dalam wadah terbuka pada suhu kamar. Selanjutnya, dia memasukkan air kaldu tersebut ke dalam botol-botol dan menutupnya dengan rapat. Setelah beberapa hari, dia mengamati keberadaan mikroba. Berdasarkan percobaan tersebut, Needham menyimpulkan bahwa mikroorganisme tidak tumbuh dari telur. Needham menguatkan teori generatio spontanea dengan menyatakan bahwa organisme hidup berkembang dari materi tidak hidup pada tingkat mikroskopis.



2. Teori Biogenesis Setelah bertahan selama berabad-abad, akhirnya pada abad ke-17, teori abiogenesis klasik mulai mendapat perlawanan. Perlawanan tersebut datang dari teori biogenesis yang dikemukakan oleh Francesco Redi, Lazzaro Spallanzani, dan Louis Pasteur. Menurut teori biogenesis, makhluk hidup berasal dari makhluk hidup. Untuk membuktikannya, ketiga ilmuwan tersebut melakukan percobaan dan pengamatan yang lebih terstruktur. a. Percobaan Francesco Redi Redi melakukan percobaan dengan menggunakan potongan daging. Potongan daging dimasukkan ke dalam dua buah stoples. Stoples pertama dibiarkan terbuka dan stoples kedua ditutup rapat. Setelah beberapa hari, pada stoples pertama ditemukan belatung di atas daging. Sementara pada stoples kedua tidak ditemukan adanya belatung. Redi berpendapat bahwa belatung tersebut berasal dari lalat-lalat yang bertelur di dalam stoples. Akan tetapi, pendapat Redi tidak diterima oleh pendukung teori abiogenesis saat itu. Mereka beralasan bahwa pada botol yang tertutup, tidak ada aliran udara yang merupakan daya hidup untuk larva. Redi kembali melakukan percobaan untuk meyakinkan pendapatnya. Pada percobaan kedua, potongan daging juga dimasukkan ke dalam dua buah stoples. Stoples pertama tetap dibiarkan terbuka. Sementara stoples kedua ditutup dengan kain kasa, sehingga udara tetap bisa masuk. Hasilnya, pada stoples pertama terdapat banyak belatung dan pada stoples kedua terdapat sedikit belatung di permukaan kasa. Berdasarkan hasil percobaan tersebut, Redi menyimpulkan bahwa makhluk hidup tidak terjadi begitu saja, melainkan berasal dari makhluk hidup yang ada sebelumnya. Berikut ini adalah gambar model percobaan Francesco Redi.



Evolusi



22



Gambar 4. Percobaan Francesco Redi



b. Percobaan Lazzaro Spallanzani Lazzaro Spallanzani melakukan percobaan dengan menggunakan air kaldu. Air kaldu dipanaskan dan dimasukkan ke dalam dua buah botol. Botol pertama dibiarkan terbuka, sedangkan botol kedua ditutup dengan sumbat botol dan diparafin hingga rapat. Selang beberapa hari, kaldu di dalam botol yang terbuka tampak keruh, berbau, dan mengandung banyak mikroba. Sementara pada botol yang tertutup rapat, kaldu tetap jernih. Spallanzani kemudian membuka botol yang tertutup. Ternyata, beberapa hari kemudian, air kaldu di dalamnya juga berubah menjadi keruh dan mengandung mikroba. Spallanzani menyimpulkan bahwa mikroba dalam botol yang terbuka berasal dari udara. Namun, percobaan Spallanzani ini belum dapat meruntuhkan teori abiogenesis. Berdasarkan percobaan Spallanzani, dapat disimpulkan bahwa timbulnya suatu kehidupan hanya mungkin terjadi jika telah ada suatu bentuk kehidupan sebelumnya. Berikut ini adalah gambar model percobaan Spallanzani.



Gambar 5. Percobaan Spallanzani



c. Percobaan Louis Pasteur Louis Pasteur menyempurnakan percobaan Spallanzani. Pasteur menggunakan air kaldu yang dimasukkan ke dalam labu berleher angsa dengan ujung yang terbuka. Oleh karena ujungnya terbuka, maka udara luar tetap bisa mengalir masuk. Akan tetapi, partikel debu akan menempel pada lengkungan leher labu tersebut. Labu kemudian dipanaskan hingga air kaldu mendidih. Selanjutnya, kaldu didinginkan dan didiamkan selama beberapa hari. Setelah beberapa hari,



Evolusi



23



ternyata air kaldu tetap jernih. Pasteur kemudian memiringkan labu tersebut hingga air kaldu mencapai leher botol. Setelah itu, labu dikembalikan ke posisi semula. Beberapa hari kemudian, ternyata air kaldu menjadi keruh dan berbau. Pasteur menyimpulkan bahwa kaldu menjadi keruh karena mikroba yang terdapat dalam leher labu ikut masuk ke dalam kaldu. Melalui percobaan tersebut, Pasteur berhasil menumbangkan teori abiogenesis. Pasteur kemudian menyusun teori biogenesis yang terdiri atas tiga postulat berikut. 1.) Omne vivum ex ovo (makhluk hidup berasal dari telur). 2.) Omne ovum ex vivo (telur berasal dari makhluk hidup). 3.) Omne vivum ex vivo (makhluk hidup berasal dari makhluk hidup). Meskipun Louis Pasteur telah berhasil menumbangkan teori abiogenesis, namun teori biogenesis belum dapat menjawab pertanyaan tentang asal-usul kehidupan. Berikut ini adalah gambar model percobaan Louis Pasteur.



Gambar 6. Percobaan Louis Pasteur



3. Teori Penciptaan (Special Creation) Menurut teori penciptaan, makhluk hidup diciptakan oleh Tuhan seperti apa adanya. Penciptaan makhluk hidup terjadi secara terpisah. Teori ini tidak didasarkan pada suatu eksperimen. Teori ini hanya membicarakan perkembangan materi sampai terbentuknya organisme tanpa menyinggung asal usul materi kehidupan.



4. Teori Evolusi Kimia Teori evolusi kimia dikemukakan oleh Harold Urey. Menurut Urey, suatu ketika atmosfer bumi kaya akan molekul zat seperti metana (CH4), amonia (NH3), uap air (H2O), dan karbon dioksida (CO2). Semua zat tersebut berbentuk uap. Adanya



Evolusi



24



pengaruh energi radiasi sinar kosmis serta aliran listrik halilintar menyebabkan terjadinya reaksi di antara zat-zat tersebut. Hasil reaksinya berupa zat-zat hidup. Zat hidup yang pertama terbentuk memiliki susunan seperti virus yang dikenal saat ini. Berjuta-juta tahun kemudian, zat hidup tersebut mengalami perkembangan menjadi berbagai jenis makhluk hidup. Menurut Urey, terbentuknya makhluk hidup dari berbagai molekul zat di atmosfer dapat dijabarkan ke dalam 4 fase berikut. a. Fase 1: tersedianya molekul-molekul seperti metana, amonia, uap air, dan hidrogen yang sangat banyak di atmosfer. b. Fase 2: adanya bantuan energi yang timbul dari aliran listrik halilintar dan radiasi sinar kosmis menyebabkan zat-zat tersebut bereaksi membentuk molekul zat yang lebih besar. c. Fase 3: terbentuknya zat hidup paling sederhana dengan susunan kimia yang mirip dengan susunan kimia virus. d. Fase 4: berjuta-juta tahun kemudian, zat hidup yang terbentuk tersebut berkembang menjadi organisme yang lebih kompleks. Teori evolusi kimia dari Harold Urey kemudian diuji coba oleh Stanley Miller dengan membuat alat khusus. Alat ini disimpan pada suatu kondisi yang diperkirakan sama dengan kondisi sebelum ada kehidupan. Ke dalam alat tersebut dialirkan gas hidrogen, metana, amonia, dan uap air. Gas-gas tersebut dipanaskan selama 1 minggu agar bercampur. Sebagai pengganti energi listrik halilintar, Miller menggunakan listrik bertegangan tinggi. Zat-zat yang dialiri listrik tersebut kemudian bereaksi. Setelah itu, hasil reaksinya didinginkan agar mengembun. Zat-zat hasil proses pengembunan ditampung dan dianalisis secara kosmografi. Hasil analisis menunjukkan bahwa zat tersebut mengandung senyawa organik sederhana yang berupa asam amino. Eksperimen Miller dapat menunjukkan bahwa senyawa-senyawa kompleks yang ada di alam, seperti asam amino, protein, karbohidrat, nukleotida, lipida, dan lain-lain dapat terbentuk dalam kondisi abiotik. Akan tetapi, eksperimen Miller masih belum bisa menjawab pertanyaan tentang asal-usul kehidupan.



Evolusi



25



Berikut ini adalah gambar alat eksperimen Miller.



Gambar 7. Alat eksperimen Miller



5. Teori Melvin Calvin Menurut Melvin Calvin, radiasi sinar matahari dapat mengubah air (H2O), karbon dioksida (CO2), metana (CH4), dan amonia (NH3) menjadi molekul glukosa (C6H12O6) dan asam amino. Selain itu, radiasi tersebut juga dapat membentuk purin dan pirimidin yang merupakan zat dasar pembentuk DNA, RNA, ATP, dan ADP.



6. Teori Evolusi Biologi Teori evolusi biologi dikemukakan oleh Alexander Oparin. Menurut Oparin, suatu ketika atmosfer bumi kaya akan uap air, CO2, CH4, NH3, dan hidrogen, namun tidak ada oksigen. Oleh karena adanya energi radiasi dari benda-benda angkasa yang kuat, maka senyawa-senyawa sederhana tersebut dapat bereaksi membentuk senyawa organik yang lebih kompleks. Reaksi ini berlangsung di lautan. Senyawasenyawa kompleks yang mula-mula terbentuk diperkirakan seperti alkohol dan asam amino yang paling sederhana. Jutaan tahun kemudian, senyawa-senyawa tersebut bereaksi membentuk senyawa yang lebih kompleks. Senyawa kompleks inilah yang merupakan bahan pembentuk sel. Menurut Oparin, senyawa kompleks tersebut sangat melimpah di lautan dan permukaan daratan. Dengan bantuan energi yang besar, dalam waktu yang sangat lama, senyawa tersebut membentuk timbunan senyawa organik yang disebut sup



Evolusi



26



primordial atau sup purba di lautan. Sup primordial selanjutnya akan membentuk monomer. Beberapa monomer kemudian bergabung membentuk polimer. Polimer membentuk agregasi yang disebut protobion. Protobion merupakan bentuk awal sel hidup yang belum mampu bereproduksi, namun mampu memelihara lingkungan kimia di dalam tubuhnya. Protobion juga telah menunjukkan sifat-sifat yang berhubungan dengan makhluk hidup, seperti metabolisme, menerima rangsang, dan bereplikasi sendiri. Ada tiga tipe protobion, yaitu sebagai berikut. a. Koaservat adalah tetesan stabil yang terbentuk dari suspensi makromolekul, misalnya polisakarida, asam nukleat, dan polipeptida yang dikocok. Koaservat bersifat hidrofobik dan dapat distabilkan oleh air. b. Mikrosfir adalah protobion yang terbentuk dengan sendirinya menjadi tetestetes kecil saat didinginkan. Mikrosfir tersusun dari proteinoid dan terbungkus oleh dua lapis membran. Membran ini dapat mengalami pembengkakan atau penciutan osmotik jika dimasukkan ke dalam larutan garam dengan konsentrasi yang berbeda-beda. c. Liposom adalah protobion yang langsung terbentuk dengan sendirinya menjadi tetes-tetes kecil jika komposisi organiknya mengandung lipid tertentu. Protobion dianggap sebagai bahan dasar pembentuk sel purba (progenot) yang merupakan cikal bakal dari sel-sel yang ada sekarang. Progenot kemudian berkembang menjadi kelompok sel purba seperti Archaebacteria dan Eubacteria.



Evolusi



27