Tanya Jawab Biologi Molekuler

Soal Jawab BIOMOL Dr. Yermia S. Mokosuli, SSi, MSi

Tugas Biologi Molekuler Yermia S. Mokosuli

SOAL LATIHAN hal 30 - 31

1. DNA bersifat asam, basa atau netral ? jelaskan Jawab :

Deoxyribonukleic acid (DNA)atau asam deoksiribonuklat merupakan polinulkelotida yang

berarti tersusun atas unit-unit dasar yang disebut nukleotida. Satu nukleotida DNA terdiri

atas : gugus fosfat, gula deoksiribosa dan satu jenis basa nitrogen. Struktur nukleotida

adalah sebagai berikut :

Ujung fosfat dari nukleotida bersifat negatif sehingga bersifat asam akan tetapi nukleotida

DNA juga mengandung unsur basa yaitu basa nitogen (salah satu dari Adenin, Timin,

Sitosin dan Guanin). Dengan adanya bagian asam dan basa maka molekul DNA dapat

saling menetralkan.

2. Apa unit dasar kromosom? Jawab :

Kata Kromosom berasal dari bahasa Yunani Krom (warna) dan soma (tubuh). Kromosom

hanya nampak pada saat pembelahan sel dan akan nampak sangat jelas pada fase

metafase. Kromosom terdapat di nukleus dan mengandung pembawa informasi genetik

suatu species yaitu DNA. DNA yang terdapat dalam kromosom terlilit pada protein yang

disebut protein histon. Jadi dapat disimpulkan bahwa unit dasar kromosom adalah DNA

sementara DNA tersusun atas deretan gen-gen. Unit dasar penyusun gen adalah

nukleotida.



3. Sebutkan komponen penyusun nukleotida! Jawab :

Satu nukleotida DNA terdiri atas : gugus fosfat, gula deoksiribosa dan satu jenis basa

nitrogen. Struktur nukleotida adalah sebagai berikut :

Karena basa nitrogen terdiri atas purin : guanin (G) dan adenin (A) dan pirimidin : sitosin

(C) dan timin (T) maka nukleotida penyusun DNA terdapat 4 jenis berdasarkan jenis basa

nitrogen yaitu:

- Nukleotida Adenin - Nukleotida timin - Nukleotida sitosin - Nukleotida guanin



4. Jelaskan struktur DNA double helix Jawab :

Berdasarkan hasil penelitian Franklin Gosling dan M.H.F. Wilkins tahun 1952 pada DNA

dengan menggunakan sinar X maka J. D. Watson dan F.H.C. Crick pada tahun 1953

mengemukkan model struktur molekul DNA double helix ( beruntai ganda) dimana

tersusun atas :

a. Gula dan gugus fosfat sebagai induk tangga b. Basa nitrogen dengan pasangannya sebagai anak tangga.

5. Mengapa struktur DNA double helix antipararel? Jelaskan Jawab :

Struktur DNA bersifat antipararel memungkinkan masing-masing untai pada DNA dapat

menjadi templete dalam proses replikasi DNA. Hal ini DNA parental dan DNA anakan hasil

replikasi bersifat sama sehingga informasi genetik terkonservasi dari generasi ke generasi.

Arah polinukleotida DNA dapat berdasarkan pada ikatan fosfodiester antar nukleotida

(diester : 2 ikatan antara gugus OH yang bereaksi dengan gugus fosfat yang bersifat

asam). Pada punggung gula fosfat DNA, gugus fosfat terhubung dengan atom carbon 3 dari

molekul gula deoksiribosa dan selanjutnya pada atom carbon 5. Dua ujung dari rantai

polinukleotida berbeda. Pada ujung yang satu yang tidak berikatan dengan nukleotida

adalah ujung 5 (gugus fosfat (-OPO3-) dimana bagian ujung ini sering disebut ujung 5.

Pada ujung yang lain yang juga tidak berikatan dengan nukleotida juga disebut ujung 3

(mengandung gugus hidroksil -OH). Pada DNA arah replikasi adalah 5 3, dimana pada

DNA doble helix tsb ujung 5 akan berikatan dengan ujung 3 pada untai berikutnya. Hal

inilah yang menyebabkan DNA doble helix disebut bersifat antipararel.



6. DNA bermuatan positif atau negatif? Mengapa Jawab :

DNA memiliki bagian punggung fosfat yang bermuatan negatif yang memungkinkan

terjadi pengikatan antara nukleotida pada saat replikasi DNA pada lagging strand yang

bersifat diskontinu.

7. Deskripsikan tentang nukleosom dan solenoid Jawab

Nukleosom adalah kompleks protein histon. Nukleosom adalah unit dasar dari kromatin.

Nukleosom yang membentuk lipatan melingkar disebut solenoid. Solenoid berhubungan

dengan bentuk lipatan atau supercoil DNA pada kromatin. Struktur solenoid akan

membentuk struktur spiral dan selanjutnya melekat pada protein scaffold membentuk

struktur kromosom yang terlihat pada mitosis dan meiosis.

The fundamental unit of organization in the chromatin of eukaryotic cells is the nucleosome, which consists of histones and a 200 bp segment of DNA. A core protein particle containing eight histones (two copies each of histones H2A, H2B, H3, and H4) is encircled by a



segment of DNA (about 146 bp) in the form of a left-handed solenoidal supercoil. Nucleosomes are organized into 30 nm fibers, and the fibers are extensively folded to provide the 10,000-fold compaction required to fit a typical eukaryotic chromosome into a cell nucleus. The higher-order folding involves attachment to a nuclear scaffold that contains histone H1, topoisomerase II, and SMC proteins. (Nelson dan Cox, 2005).

8. Apa perbedaan fungsi protein histon dan non histon Jawab :

Kromosom eukariotik terdiri atas komponen DNA dan protein yang dikenal sebagai

protein histon dan non histon. Protein histon berperan secara struktural pada kromosom

sedangkan protein non histon berperan dalam meregulasi ekspresi gen.

Protein histon mengemas DNA menjadi bentuk nukleosom sedangkan protein non histon

protein dalam bentuk benang-benang yang menstabilkan kromatin. Histon bersifat basa

sehingga dapat menetralkan DNA.



SOAL LATIHAN hal 39-40

1. Bagaimana hubungan antara pemindahan informasi genetik dari sel ke sel dengan replikasi?

Jawab :

Pemindahan informasi genetik atau transmisi informasi genetik dari sel ke sel

berlangsung pada salah satu tahap dalam siklus sel yang disebut tahap sintesis. Pada tahap

ini terjadi replikasi DNA secara semikonservatif dimana DNA replikan akan sama persis

dengan DNA parental sehingga sel hasil pembelahan akan mewarisi informasi genetik atau

DNA yang sama dengan sel sebelumnya atau sel parental. Pada sel prokariot yang

pembelahan selnya terjadi secara langsung tanpa melalui siklus sel akan tetapi proses

replikasi DNA tetap berlangsung sama.

Gambar Siklus Sel pada eukariotik.

Penjelasan tahapan dalam siklus sel : Fase M adalah periode dimana sel-sel mempersiapkan diri untuk sitokenesis. Fase M (fase mitosis atau mitosis). Selama mitosis kromosom berpasangan dan kemudian membelah pada pembelahan sel. Kejadian pada tahap ini membawa pada tahap/tahap dalam pembelahan sel yaitu profase, metafase, anafase dan telofase. Fase G1 , proses yang terjadi dalam siklus sel mengikuti sitokenesis. Selama fase ini sel-sel ditentukan apakah akan tetap bertahan dan melangsungkan siklus atau mengahiri diferensiasi. Tahap inilah yang banyak dikaji dalam hubungan dengan apoptosis. Jika tidak terjadi diferensiasi lagi setelah sitokenesis maka disebut fase G0. fase G0 ini dapat diinduksi lagi setelah beberapa waktu tidak berdiferensiasi dengan stimulus spesifik untuk memasuki kembali siklus sel pada fase G1. selama G1 sel akan memulai sintesis semua komponen seluler yang dibutuhkan untuk menghasilkan kembali 2 sel indetik. Sebagai akibatnya ukuran sel mulai bertambah selama G1. Fase S, fase dalam siklus sel dimana DNA direplikasi. Fase ini merupakan fase sintesis DNA. Protein tertentu di sintesis dalam fase S, seperti histon. Fase G2, dicapai setelah replikasi DNA komplete. Selama G2 kromosom mulai berkondensasi, nukleus mulai tidak tampak dan mikrotubul terorganisir pada bagian pusat memulai polimerisasi tubulin untuk menghasilkan spindel pole.



2. Replikasi DNA memerlukan banyak enzim dan protein. Sebutkan 5 enzim yang terlibat dalam replikasi DNA dan jelaskan masing-masing perannya.

Jawab : a. Girase : bertugas melepatkan lilitan DNA b. Primase : mengkatalisis sintesis RNA primer pada DNA untai tunggal yang digunakan

oleh DNA polimerase memulai fragmen Okazaki pada lagging strand. c. DNA polimerase : berperan dalam pemanjangan nukleotida DNA. DNA polimerase

berperan menggabungkan deoksiribonukleosida trifosfat dNTP. DNA polimerase terdiri atas DNA polimerase I, II dan III.

d. Helicase : berfungsi dalam membuka untai DNA doble helix untuk proses replikasi. Helikase membuka untai DNA double helix menjadi untai tunggal

e. DNA ligase : berperan dalam menyambung fragmen DNA, nampak jelas pada pemanjangan rantai DNA yang bersifat diskontinu.

f. Topoisomerase : berperan dalam membentuk topologi DNA

3. Bagaimana mekanisme dasar replikasi DNA pada bakteri ? Jawab :

Pada bakteri replikasi dimulai pada tempat awal replikasi yang disebut ORI (origin of

replication). Proses replikasi dimulai dengan pembentukan garpu replikasi yang dalam

pembentukannya melibatkan berbagai jenis enzim. Enzim girase bertugas melepaskan

lilitan DNA, helikase berperan memisahkan untai DNA menjadi untai tunggal pada daerah

ORI sehingga akan terbentuk garfu replikasi. Dua untai DNA yang sudah terpisah

distabilkan oleh Single binding protein (SSB) agar tidak mudah patah atau terurai

sehingga dapat menjadi templete DNA baru. Proses replikasi DNA membutuhkan DNA

polimerase III yakni enzim yang menggabungkan bahan pembentuk DNA

(deoksiribonukleosida trifosfat) menjadi DNA baru.

Secara Ringkas replikasi DNA adalah : Replikasi DNA terjadi pada bentuk Y dari untai DNA yang disebut garpu replikasi.

DNA polimerase mengkatalisis reaksi polimerasi mulai dari arah 5 ke 3, pengkopian strand DNA tempelete dengan sangat akurat. Dua strand DNA Double helix bergerak antipararel, sintesis DNA dengan arah 5 ke 3 berlangsung kontinu hanya strand pada garfu replikasi (leading strand). Pada lagging strand, sintesis di mulai pada RNA primer yang bersifat semikontinu. Replikasi DNA membutuhkan banyak kerja enzim/protein. Termasuk didalamnya : 1) DNA polimerase dan DNA primase yang mengkatalisis polimerasi nukleosida trifosfat. 2)DNA helikase dan protein single strand DNA-binding (SSB) yang berperan membuka helix DNA sehingga dapat dikopi. 3) DNA ligase, enzim yang mendegradasu DNA primer dan menyambungkan sintesis langging strand DNA dan 4). DNA topoisomerase yang berperan membentuk relive lilitan helikal DNA. Kebanyakan protein ini bekerja sama satu dengan lainnya pada garfu replikasi membentuk mesin replikasi yang efesien.

Pada bakteri misalnya pada E. coli. memiliki DNA sirkuler yang disebut Plasmid hanya

memiliki satu titik awal replikasi (ORI). Pada proses replikasi ini untai induk akan

memisah pada bagian ORI membentuk bubble replication dengan 2 garpu replikasi.

4. Deskripsikan tentang fragmen okazaki! Jawab : Pada satu strand, strand yang baru disintesis dengan arah 5 3 dan strand ini disebut leading strand. Pada strand yang lain, fragmen kecil DNA disintesis dengan arah 5 3, sintesis



fragmen kecil ini berlangsung secara diskontinu pada arah 5 3, strand ini disebut langging strand.

Bagaimana lagging strand disintesis ?

Sintesis diskontinu (panah biru) ditemukan oleh Dr. Reiji Okazaki. Fragmen DNA kecil pada langging strand ini kemudian disebut fragmen okasaki.

5. Apa rasionalnya bahwa replikasi pada sel eukariotik diawali pada banyak ori. Jawab : Origins of replication (ORI) disebut juga Autonomously Replicating Sequences (ARS) atau replicators. Pada eukariotik memiliki banyak gen yang direplikasi sehingga membutuhkan banyak daerah ORI. Ukuran kromosom eukariotik lebih besar dibandingkan dengan ukuran kromosom prokariotik. Pada eukariotik mengandung beberapa ribu replikon masing-masing berukuran 50.000 300.000 bp. Setiap pusat replikon adalah ORI, tempat sintesis DNA di mulai.



6. Jelaskan mengapa pada replikasi DNA semikonservatif pita 3-5 yang dicetak bersifat diskontinu?

Jawab :

Karena struktur molekul DNA bersifat antipararel dengan arah replikasi 5 3, setiap

strand atau untai DNA berfungsi sebagai templete dalam proses replikasi DNA.

Dengan sifat diskontinu ini maka memungkinkan proses repair atau perbaikan DNA jika

terjadi kesalahan pasangan basa (mismatch pairing)

7. DNA ligase sangat esensial dalam proses replikasi DNA, namun ligase tidak diperlukan dalam proses transkripsi RNA, mengapa?

Jawab :

Dalam proses transkripsi atau penyalinan informasi genetik dari DNA ke mRNA untuk

ditranslasi menjadi protein, yang disalin hanyalah fragmen DNA tertentu yang membawa

informasi sifat tertentu atau dikenal dengan istilah gen. Fragmen tersebut dapat terdiri

dari beberapa ratus nukleotida yang adalah bagian dari DNA sebagai genom (kumpulan

gen-gen). Dalam proses transkripsi tidak berlangsung proses penyambungan fragmen

DNA ataupun RNA sehingga ligase yang berperan sebagai lem biologi tidak diperlukan.

Tujuan transkripsi adalah menyalin informasi genetik dari DNA ke dalam bentuk mRNA

untuk dibawah ke luar dari inti sel, untuk diterjemahkan menjadi bentuk protein. Jadi RNA

bersifat bilingual yaitu mengetahui bahasa DNA (Transkripsi) dan dapat membahasakan

informasi genetik dari DNA menjadi bentuk protein.

8. Mengapa replikasi pada sel eukariot waktunya lebih lama dibanding prokariot? Bukti-

bukti apa yang mendukung ? Jawab : Genom eukariot lebih besar dibandingkan dengan prokariot. Replikasi pada eukariot sangat cepat yaitu 1000 nukleotida tidap detik (Albert, 2002). Pada eukarioti memiliki banyak segmen noncoding yang disebut intron sedangkan pada prokariot hanya sedikit.



SOAL LATIHAN hal 53-54

1. DNA atau gen berekspresi dengan cara mensintesis protein, mengapa? Jelaskan Jawab :

Melalui tahapan dogma genetik atau ekspresi genetik. DNA akan melakukan proses

replikasi untuk menghasilkan untai DNA baru yang sama persis dengan DNA asalnya.

Informasi genetik yang dibawah oleh gen-gen yang tersusun dalam molekul DNA sebagai

genom, akan ditranskripsi yaitu disalin dari sekuens DNA tersebut (gen) ke dalam bentuk

mRNA. Selanjutnya informasi genetik tersebut akan ditranslasi (diterjemahkan) menjadi

bentuk protein.

Gambar dogma genetik

Informasi genetik dari suatu gen diterjemahkan dalam bentuk protein karena sebagian

besar massa sel adalah protein. Protein dapat berfungsi struktural yaitu komponen

penyusun sel dan juga fungsional yaitu berupa enzim, hormon dan protein fungsional lain.

2. Bagaimana cara DNA melaksanakan fungsinya sebagai penyampai informasi genetik pada keturunannya?

Jawab :

DNA melakukan proses replikasi pada salah satu tahap dalam siklus sel dimana DNA

replikan sama persis dengan DNA parental. Masing-masing untai DNA dapat berfungsi

sebagai templete (replikasi semikonservatif) sehingga informasi genetik dari generasi ke

generasi dapat dikonservasi.

3. Bagaimana hubungan antara DNA dan RNA? Jawab :

DNA bersifat autokatalitik yaitu dapat melakukan replikasi dan juga bersifat heterokataliti

yaitu dapat membuat molekul asam nukleat lainnya yaitu RNA. RNA adalah hasil

transkripsi informasi genetik dari DNA sehingga RNA membawa informasi genetik dari

DNA untuk ditranslasikan atau diterjemakan di ribosom melalui proses sintesis protein.



4. Jelaskan perbedaan antara struktur antara DNA dan RNA Jawab :

Karakteristik DNA RNA

Struktur molekul Terdiri atas untai ganda

(double helix)

Terdiri atas untai tunggal

(singgle helix)

Molekul gula penyusun Deoksiribosa Ribosa

Basa nitrogen Purin : Adenin dan Guanin

sedangkan pirimidin :

Sitosin dan Timin

Purin : Adenin dan Guanin

sedangkan pirimidin :

Sitosin dan Urasil

Fungsi Biologis Pembawa informasi

genetik, direplikasi satu

kali pada fase sintesis

dalam siklus Sel.

Tidak akan meninggalkan

inti sel

Membawa informasi

segmen/fragmen DNA

tertentu (gen), untuk

ditranslasi menjadi protein.

Disintesis di inti sel tetapi

berfungsi di sitosol.



5. Bandingkan ribosom yang dimiliki organisme prokariotik dengan eukariotik! Jawab :

Perbandingan ribosom prokariotik dan eukariotik :



6. Semua jenis RNA disintesis oleh DNA sebagai cetakannya. Apakah yang membedakan dalam sintesis ketiga macam RNA tersebut?

Jawab :

- mRNA adalah molekul pembawa informasi genetik dari DNA, memiliki molekul yang lebih besar dari 2 jenis RNA lainnya. mRNA membawa informasi genetik dalam bentuk

kodon triplet yang akan ditranslasi menjadi protein. Pada proses translasi mRNA

berfungsi sebagai templete sintesis protein.

- tRNA adalah molekul RNA kecil tersusun atas 70-90 nukleotida. Membentuk struktur seperti daun semanggi karena adanya beberapa basa yang saling berpasangan. tRNA

berfungsi sebagai adaptor antara asam amino dan kodon yang terdapat pada mRNA

selama proses translasi.

- rRNA adalah komponen penting pembentuk ribosom. rRNA dihasilkan oleh gen khusus (daerah pengatur nukleolus) pada kromatin. Fungsi ribosom adalah tempat

melekatnya mRNA dalam proses sintesis protein.

7. Bagaimana rasionalnya bahwa kode genetik tersusun dari tiga nukleotida dan bukannya 1,2 atau 4?

Jawab :

Kode genetik dalam bentuk triplet untuk tujuan efesiensi dalam mengkode asam amino

yang berjumlah 20 jenis. Karena basa ada 4 buah maka probabilitas asam amino yang bisa

dikode jika kodon dalam bentuk 2 nukleotida (duplet) adalah 42 = 16 sedangkan asam

amino ada 20 jadi masih ada asam amino yang tidak terkode.

Apabila dalam bentuk 3 nukleotida (triplet) berarti 43 = 64. Kelihatan terlalu banyak

dibandingkan jumlah asam amino yang hanya 20 tetapi ternyata pada kenyataannya

dalam sintesis protein beberapa kodon bisa mengkode asam amino yang sama. Penelitian

menunjukkan bahwa kode genetik berbentuk triplet ternyata sama pada semua makluk

hidup.

Apabila dalam bentuk 4 nukleotida 44=265 maka terlalu banyak dibandingkan jumlah

asam amino yang hanya 20 jenis.

Gambar Kode genetik dalam bentuk triplet

DNA hanya membutuhkan 4 basa (A, G, C, T) untuk mengkode jutaan sifat genetik pada

jutaan species di bumi.



DAFTAR PUSTAKA

Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Keith R dan Walter P. 2003. Molecular Biology of The Cell

4th Garland Science USA.

Bansal M. 2003. DNA Structure : Revisiting The Watson Crick Double Helix. Current science,

vol. 85, no. 11, 10 december 2003

Knight, J. 2002. All genomes great and small. Nature. 417, pg 374.

http://biology.kenyon.edu/courses/biol63/watson_06.pdf

Lodish, Berk, Zipursky, Matsudaira, Baltimore, Darnell. 2000. Mollecular Cell Biology. W.H.

Freeman Company USA

Mokosuli YS, Ngangi J, Tanor MN. 2009. Intisari Biokimia. FMIPA Universitas Negeri Manado/

Nelson DL, Cox MM.2005. Lehninger Principles of Biochemistry 4th edition. W.H. Freeman and

Company. New York.

Widiawati T, Anggraito YU. 2010. Buku ajar bibologi molekuler. Jurusan Biologi FMIPA

Universitas Negeri Semarang.

Education

Tanya Jawab Biologi Molekuler