BAB
I
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Dalam
kehidupan sehari – hari perkembangan dapat didefinisikan sebagai suatu
perubahan teratur dan berkembang, seringkali menuju suatu keadaan yang lebih
tinggi, lebih teratur atau lebih kompleks atau dapat pula dikatakan sebagai
suatu seri perubahan pada organisme yang terjadi selama daur hidupnya yang
meliputi pertumbuhan dan diferensiasi. Perkembangan dapat terjadi tanpa
pertumbuhan dan demikian juga halnya pertumbuhan dapat terjadi tanpa adanya
perkembangan, akan tetapi kedua proses ini sering bergabung dalam satu proses. Perkembangan
dari segi molekuler merupakan hasil gabungan interaksi proses genetik dengan
lingkungan. Genetik merupakan sumber informasi yang dimiliki oleh sel dari
suatu organisme, yang mengotrol aktivitas fisiologi dan biokimia sejalan dengan
arah perkembangannya. Tetapi potensi genetik ini hanya akan berkembang apabila
ditunjang oleh lingkungan yang cocok yang memberikan fasilitas kepada organisme
dalam melaksanakan aktivitasnya. Jadi karakteristik yang ditampilkan oleh
tumbuhan, ditentukan baik oleh genetic maupun lingkungan secara bersama – sama.
Dalam
perkembangan molekuler ini merupakan gabungan interaksi genetic dengan lingkungan.
Jadi dalam perkembangan molekuler akan membahas adanya RNA. RNA merupakan satu
dari tiga makromelukul utama ( bersama DNA dan protein ) yang berperan penting
dalam segala kehidupan. RNA berperan sebagai pembawa bahan genetic dan
memainkan peran utama dalam ekspresi genetic. Dalam adanya RNA dapat terjadi yang namanya
differensiasi. Diferensiasi adalah proses yang lazim pada makhluk dewasa
terpisah dan menciptakan sel anak yang terdiferensiasi sepenuhnya selama
perbaikan jaringan dan perputaran sel normal.
Setiap sel
hidup pada tumbuhan akan memperoleh kelengkapan genetik yang diturunkan dari
induknya dan merupakan sumber informasi untuk melaksanakan kegiatan pertumbuhan
dan perkembangan. Sumber-sumber informasi ini berada dalam inti sel dan setiap sel
hidup menerima kelengkapan informasi genetik yang asli yang diterimanya pada
saat proses pembelahan pembelahan sel terjadi. Jacob dan Monod telah menggambarkan
mekanisme pengontrolan sintesis protein, diatur oleh gen pengatur (regulator
gene), gen operator (operator gene), dan gen struktur (struktural gene).
Kombinasi gen operator dengan gen struktur disebut operon.
Dalam
makalah mata kuliah perkembangan tumbuhan ini, akan membahas lebih jelas mengenai
apa perkembangan dari segi molekuler itu yang berkaitan dengan asam
ribonukleat ( RNA ), diferensiasi serta system operan yang dikembangkan oleh
ilmuwan dari Francis F. Jacob dan J. Monod.
1.2 Rumusan masalah
1) Perkembangan
segi molekuler ?
2) Apakah
RNA itu ?
3) Bagaimana
struktur RNA?
4) Jenis
– jenis dari asam ribonukleat ( RNA )?
5) Apakah
diferensiasi itu ?
6) System
operan menurut Jacob dan Monod ?
1.3 Tujuan
Pembuatan
makalah perkembangan tumbuhan ini yang menyangkut mengenai perkembangan dari
segi molekuler, RNA, serta diferensiasi dan siste operan yang dikembangkan oleh
Ilmuwan dari Francis Jacob dan Monod, bertujuan :
1) Dapat
mengetahui apakah perkembangan segi molekuler itu.
2) Dapat
mengetahui bagaimanakah mekanisme perkembangan itu.
3) Mengetahui
apakah asam ribonukleat ( RNA ) beserta fungsi dan strukturnya.
4) Mengetahui
peranan asam ribonukleat ( RNA ) dalam kehidupan makhluk hidup.
5) Mengetahui
apa differensiasi itu.untuk mengetahui bagaimana system operan yang dikemukakan
oleh Ilmuwan dari Francis F. Jacob dan J. Monod.
BAB
II
PEMBAHASAN
2.1 Perkembangan molekuler
2.1.1 Pengertian
perkembangan
Perkembangan
dari segi molekuler merupakan hasil gabungan interaksi proses genetik dengan
lingkungan. Genetik merupakan sumber informasi yang dimiliki oleh sel dari
suatu organisme, yang mengotrol aktivitas fisiologi dan biokimia sejalan dengan
arah perkembangannya. Tetapi potensi genetik ini hanya akan berkembang apabila
ditunjang oleh lingkungan yang cocok yang memberikan fasilitas kepada organisme
dalam melaksanakan aktivitasnya. Jadi karakteristik yang ditampilkan oleh
tumbuhan, ditentukan baik oleh genetic maupun lingkungan secara bersama – sama.
Sebagai contoh misalnya hilangnya klorofil dari tumbuhan yang disebabkan oleh
factor genetic maupun lingkungan. Biarpun secara genetic tumbukzhan mampu
mensintesis klorofil, tetapi apabila lingkungannya tidak menunjang, misalnya
tidak ada cahaya atau tidak menyediakan mineral yang diperlukan untuk
pembentukan klorofil, maka klorofil tadi tidak akan terbentuk. Sebaliknya
meskipun lingkungan telah menyediakan segala kebutuhan untuk sintesis klorofil
( cahaya, mineral ), tetapi secara genetic tumbuhan tersebut tidak mampu
membentuk klorofil ( misalnya jamur ), maka klorofil tersebut tidak akan
terbentuk. Genetic mengontrol pembentukan enzim – enzim yang diperlukan dalam
mensintesis klorofil.
Dalam proses
perkembangan tumbuhan memiliki 2 aspek yang dapat kita kaji, diantaranya :
a) Aspek
morfologi dan anatomi
b) Aspek
fisiologi dan biokimia
Pada
aspek morfologi dan anatomi kita dapat mengkaji perubahan – perubahan struktur
yang terjadi selama proses perkembangan tumbuhan. Kita tidak akan dapat
memahami proses perkembangan tumbuhan tanpa mempelajari proses fisiologi dan
biokimia. Proses fisiologi dan biokimia ini sangat menentukan perubahan
morfologi suatu organism sehingga aspek fisiologi dan biokimia merupakan subyek
utama dalam mempelajari perkembangan ilmu ini, yang sekarang lebih dikenal
istilah morfogenesis.
2.1.2 Mekanisme
perkembangan molekul
Selama paruh kedua abad ke-21
macam-macam molekul yang terlibat dalam perkembangan embrio diidentifikasikan. Faktor turunan merupakan regulator kunci dari yang
gen ditampakkan
dalam sel. Kontrol turunan dalam bermacam-macam tipe sel yang berbeda membuat
setiap tipe sel (epitel, otot, neuron, dan
sebagainya ) menunjukkan jumlah berbeda dari protein yang mungkin terjadi.
Faktor turunan diatur oleh jalan kecil transduksi sinyal yang menyampaikan sinyal dari luar
sel ke nukleus sel. Jalan kecil transduksi sinyal sering melibatkan reseptor, enzim, dan lain – lain, seperti protein kinase. 1 kelas gen kunci yang secara
berbeda diatur oleh faktor turunan dalam macam-macam sel yang berbeda ialah gen
untuk protein adhesi sel. Protein
adhesi sel di antara pengatur morfogenesis kunci.
Setiap tumbuhan, selama
siklus hidupnya melalui 3 fase perkembangan, embriogenesis, perkembangan
vegetatif dan perkembangan reproduktif. Secara alami, ketiga fase tersebut
secara bergantian berjalan sangat teratur dan terus menerus. Pada tanaman dan
organisme multiselular lainnya, proses pengaturan perkembangan tersebut terjadi
karena adanya interaksi dan koordinasi diantara ribuan gen yang terdapat pada
genomnya. Gen bekerja sesuai perannya, secara spasial dan temporal, membentuk
networking yang akan menghasilkan perkembangan khas pada setiap tahapan
perrkembangan tanaman. Aktivasi dan inaktivasi gen (switch ON/OFF suatu gen
atau sekelompok gen) menjadi mekanisme dasar genetika molekular pembentukan
organ dan proses fisiologi dalam perkembangan tanaman. Oleh karena itu untuk
memahami struktur dan perkembangan tanaman dapat dilakukan dengan mengisolasi,
karakterisasi dan analisis fungsi dari gen-gen kunci pada tanaman. Pada tahun
2002-2004, dengan biaya Proyek RUT IX telah dilakukan uji fungsional gen KNAT I
(KNOTTED1-homeobox Arabidopsis thaliana), gen kunci pertumbuhan meristem ujung
batang pada tanaman Arabidopsis, yang ternyata menyebabkan variasi perubahan
bentuk daun dan pertumbuhan multitunas (30-60 tunas tumbuh dari 1 protokorm/embrio
anggrek) pada tanaman anggrek transgenik 35S::KNAT1. Gen homolog dari KNAT1I
tersebut telah diisolasi dari pustaka cDNA seedling tanaman anggrek bulan alam
Phalaenopsis amabilis (L.) Bl., dan masih dalam tahap karakterisasi.
2.2 RNA ( asam ribonukleat )
2.2.1 Pengertian asam
ribonukleat ( RNA )
Asam
ribonukleat (bahasa Inggris: ribonucleic
acid, RNA) adalah satu dari tiga makromolekul utama
(bersama dengan DNA dan protein) yang
berperan penting dalam segala bentuk kehidupan. Jadi Asam ribonukleat (RNA) adalah jenis molekul biologis penting yang
terdiri dari rantai panjang unit nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari
basa nitrogen, gula ribosa, dan fosfat.
Asam ribonukleat berperan sebagai pembawa bahan genetik dan
memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. RNA
terletak didalam sitoplasma, terutama di dalam ribosom dan nucleus. Dalam dogma pokok (central dogma) genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa
DNA dan ekspresi fenotipik yang
diwujudkan dalam bentuk protein. RNA sangat mirip dengan DNA, tetapi berbeda
dalam beberapa rincian struktural penting: di dalam sel, RNA beruntai tunggal
biasanya, sementara DNA biasanya beruntai ganda; nukleotida RNA mengandung
ribosa sementara DNA mengandung deoksiribosa (sejenis ribosa yang tidak
memiliki satu atom oksigen); dan RNA memiliki urasil dasar daripada timin yang
hadir dalam DNA.
2.2.2.
Fungsi dari RNA
Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA
merupakan bahan genetik. Ia berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik,
sebagaimana DNA pada organisme hidup lain. Ketika virus ini menyerang sel
hidup, RNA yang dibawanya masuk ke sitoplasma sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh sel
inang untuk menghasilkan virus-virus baru. Namun demikian, peran penting RNA
terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan protein dalam
proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam
peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam
proses transkripsi. Kode
urutan basa ini tersusun dalam bentuk 'triplet', tiga urutan basa N, yang
dikenal dengan nama kodon. Setiap
kodon berelasi dengan satu asam amino (kode untuk
berhenti), monomer yang menyusun protein.
2.2.3
Struktur dari asam ribonukleat ( RNA )
Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang
tersusun dari sejumlah nukleotida. Setiap
nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus pentosa, dan satu
gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan berselang-seling
antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus pentosa dari
nukleotida yang lain. Perbedaan RNA dengan DNA terletak pada satu gugus hidroksil cincin gulapentosa, sehingga
dinamakan ribosa, sedangkan
gugus pentosa pada DNA disebut deoksiribosa. Basa nitrogen pada RNA sama dengan DNA, kecuali basatimina pada DNA diganti dengan urasil pada RNA. Jadi tetap ada empat
pilihan: adenina, guanina, sitosina, atau
urasil untuk suatu nukleotida.Selain itu,
bentuk konformasi RNA tidak berupa pilin ganda sebagaimana DNA, tetapi
bervariasi sesuai dengan tipe dan fungsinya.
Setiap nukleotida dalam RNA berisi ribosa gula, dengan karbon yang
nomor 1' melalui 5'. Basa yang menempel 1' posisi, umumnya adenin (A), Sitosina
(C), guanina (G) atau urasil (U). Adenina dan guanina merupakan purina,
Sitosina dan urasil pirimidina. Gugus fosfat dilampirkan ke 3' posisi satu
ribosa dan 5' posisi berikutnya. Gugus fosfat telah negatif biaya masing-masing
pada fisiologis pH, membuat RNA molekul bermuatan (polyanion). Dasar dapat
membentuk ikatan hidrogen antara Sitosina, dan guanina, antara adenina dan
urasil dan antara guanina dan urasil.
Fitur penting struktural RNA yang membedakannya dari DNA adalah
keberadaan gugus hidroksil pada 2' posisi ribosa gula. Keberadaan Gugus ini menyebabkan
helix untuk mengadopsi A-bentuk geometri daripada bentuk-B umumnya diamati
dalam DNA. Hal ini menyebabkan sangat mendalam dan sempit groove utama dan
dangkal dan lebar kecil groove. Akibatnya kedua kehadiran 2'-gugus hidroksil
adalah bahwa di daerah conformationally fleksibel RNA molekul (yang, tidak
terlibat dalam pembentukan beruntai ganda), dapat kimiawi menyerang dekat
phosphodiester ikatan untuk tulang punggung.
RNA ditranskripsikan dengan hanya empat basa (adenina, Sitosina, dan
guanina urasil), tetapi ada banyak basa yang dimodifikasi dan gula dalam RNA
dewasa. Pseudouridina (Ψ), di mana hubungan antara urasil dan ribosa berubah
dari ikatan C–N C–C bond, dan ribotimidina (T), yang ditemukan di berbagai
tempat (terutama di TΨC loop tRNA). Lain terkenal adalah Hipoxantina, basa
adenina deaminated nukleosida yang disebut inosina (I). Inosina memainkan peran
kunci dalam hipotesis menggigil kode genetik. Ada hampir 100 lainnya alami
diubah nukleosida, yang pseudouridina dan nukleosida dengan 2'methylribose - O
- adalah yang paling umum. Peran tertentu banyak modifikasi ini pada RNA belum
sepenuhnya dipahami. Namun, sangat penting bahwa pada ribosomal RNA, banyak
modifikasi post-transcriptional terjadi di daerah yang sangat fungsional,
seperti pusat transferase peptidyl dan antarmuka subunit, menyiratkan bahwa
mereka penting untuk fungsi normal. Bentuk fungsional terdampar RNA molekul tunggal,
seperti protein, sering membutuhkan struktur tersier. Perancah untuk struktur
ini disediakan oleh sekunder elemen-elemen struktural yang ikatan hidrogen
dalam molekul. Hal ini menyebabkan beberapa dikenali "domain"
struktur sekunder seperti hairpin loop, tonjolan dan internal loop. Karena RNA
diisi, ion logam seperti Mg2 + yang diperlukan untuk menstabilkan
banyak bangunan sekunder dan tersier. Adapun struktur – struktur dari RNA adalah :
Gambar 1 : struktur dari RNA
yang merupakan rantai tunggal ( sumber :
Ilustrasi Haryana, 1994 )
Gambar 2 : Struktur asam ribonukleat
( RNA ). ( sumber : Haryana, 2006 )
2.2.4 Macam – macam tipe asam ribonukleat ( RNA )
RNA hadir di alam dalam berbagai
macam/tipe. Sebagai bahan genetik, RNA berwujud sepasang pita (Inggris double-stranded
RNA, dsRNA). Genetika molekular klasik mengajarkan, pada eukariota terdapat
tiga tipe RNA yang terlibat dalam proses sintesis protein, yaitu :
1)
RNA duta ( RNA-d ) atau messenger RNA ( mRNA ),
merupakan RNA terbesar atau terpanjang yang disintesis dalam nucleus, berfungsi
sebagai pembawa kode genetic dari DNA ke ribosom dan sebagai pola cetakan dalam
membentuk polipeptida. RNA duta juga merupakan RNA yang urutan basanya
berpasangan dengan salah satu urutan basa rantai DNA. RNA duta dibentuk oleh DNA didalam inti sel,
akan tetapi RNA duta ini dibentuk bila diperlukan dan jika tugasnya selesai,
maka akan dihancurkan dalam plasma. Rantai tunggal RNA duta cukup panjang
Gambar 3 : Rantai tunggal dari RNA duta ( sumber :
Haryana, 1994 )
2)
RNA ribosom ( RNA-r ), merupakan komponen penyusun
ribosom yang jumlahnya paling banyak dan membantu dalam proses sintesis
protein. RNA ribosom dibentuk oleh DNA dan tedapat didalam ribosom. Fungsi dari
RNA ribosom adalah sebagai mesin perakit dalam sintesis protein yang bergerak
ke satu arah sepanjang RNA duta. Didalam ribosom molekul rRNA ini mencapai 30 –
46 %.
3)
RNA transfer (RNA- t ), merupakan RNA yang rantainya
terpendek, berfungsi menerjemahkan kode – kode yang dibawa oleh RNA-d ke dalam
urutan basa polipeptida dan membawa asam – asam amino ke ribosom untuk disusun
menjadi protein. Karena RNA-t merupakan
penerjemah kode / kodon, maka sering disebut antikodon. RNA transfer dibentuk
oleh DNA dan terletak di dalam sitoplasma.
2.2.5 Peran
RNA dalam mempertahankan keberadaan makhluk hidup
Asam ribonukleat atau yang
lazim disebut RNA adalah
jenis molekul biologis penting yang terdiri dari rantai panjang unit
nukleotida. Setiap nukleotida ( molekul yang tersusun dari gugus
basa heterosiklik ( senyawa organik) gula dan satu atau lebih
gugus fosfat yang dalam kimia sering disebut Ortofofat yang
terdiri dari basa nitrogen, gula ribosa, dan fosfat. RNA sangat mirip
dengan DNA, tetapi berbeda dalam beberapa rincian struktural penting dalam sel,
RNA beruntai tunggal biasanya, sementara DNA biasanya beruntai ganda nukleotida
RNA mengandung ribosa sementara DNA mengandung deoksiribosa (sejenis ribosa
yang tidak memiliki satu atom oksigen) dan RNA memiliki urasil dasar daripada
timin yang hadir dalam DNA. RNA ditranskripsi dari DNA oleh enzim yang disebut
RNA polimerase dan umumnya selanjutnya diproses oleh enzim lainnya. RNA
merupakan pusat sintesis protein. Di sini, jenis RNA disebut RNA membawa
informasi dari DNA ke struktur yang disebut ribosom. Ribosom ini terbuat dari
protein dan RNA ribosom, yang datang bersama untuk membentuk sebuah mesin
molekuler yang dapat membaca dan menerjemahkan messenger RNA informasi yang
mereka bawa menjadi protein.
RNA dan DNA kedua asam nukleat, tetapi berbeda dalam tiga
cara utama. Pertama, tidak seperti DNA yang beruntai ganda, RNA adalah sebuah
molekul untai tunggal di sebagian besar peran biologis dan memiliki rantai
lebih pendek dari nukleotida. Kedua, sementara DNA berisi deoksiribosa, RNA
berisi ribosa (tidak ada kelompok hidroksil yang menempel pada cincin pentosa
pada posisi 2 ‘dalam DNA). Kelompok-kelompok hidroksil membuat RNA dari DNA
kurang stabil karena lebih rentan terhadap hidrolisis. Ketiga, basis pelengkap
untuk adenin tidak timin, karena dalam DNA, melainkan urasil, yang merupakan
bentuk unmethylated timin. Sebagai contoh, penentuan struktur dari enzim-ribosom
suatu yang mengkatalisis pembentukan ikatan peptida mengungkapkan bahwa situs
aktif adalah seluruhnya terdiri dari RNA.
Selama ini orang cenderung lebih mengenal yang namanya DNA.
Bahkan selama beberapa dekade, DNA telah menjadi bintang dalam biologi molekuler.
Tetapi sekarang RNA yang selama ini dipandang sebagai duplikat dari gen yang
dikodekan dalam heliks ganda, semakin menjadi terkenal sejak ahli biologi
menemukan banyak hal mengenai RNA. Jika dipandang dari sudut RNA, DNA
hanya kumpulan informasi pasif, seperti buku telepon yang tebal dan RNA lah
yang mencari nomor lalu menghubungkan saluran dan menentukan seberapa lama
panggilan berlangsung.
Menurut Susan Gottesman dari National Cancer Institute
salah seorang pakar biologi dalam paparan di salam satu symposium di Cold
Spring Harbour Labolatory bahwa Idealnya apa yang dapat dilakukan DNA
juga dapat dilakukan oleh RNA dengan baik. Pada masa lalu, RNA tidak memperoleh
banyak perhatian. Lalu muncul dogma biologi yang manyatakan bahwa DNA membua RNA
kurir. RNA kurir membuat protein, dan protein melakukan segala sesuatu yang
diperlukan dalam sel kehidupan. Meskipun masih berlaku, namun lambat laun
dogma dinilai kurang lengkap sejak adanya penemuan RNA pengatur.
RNA pengatur adalah merupakan pemeran utama dalam kebanyakan
aktifitas utama sel. RNA pengatur juga mampu menjaga kesatuan DNA dalam sel
telur dan sperma yang akan mewariskan informasi turunan ke generasi berikutnya.
Selain itu RNA pengatur juga akan membantu menentukan gen apa yang dapat diakses
oleh tiap tipe sel. Peran pengatur RNA mulai diketahui kurang lebih 15 tahun
lalu sejak peneliti menemukan kelas dari melokul DNA pendek yang disebut
silencing RNA dan kelas kedua disebut micro RNA. Kedua kelas tersebut memiliki
banyak fitur yang sama. Keduanya terbuat dari gen pendek atau potongan
DNA dalam genom. Genom adalah adalah keseluruhan bahan genetik yang
membawa semua informasi pendukung kehidupan pada suatu makhluk hidup, baik yang
merupakan gen atau bukan. Kemudian para peneliti menemukan bahwa keduanya
mengikuti jalur yang berbeda dari RNA kurir.
Pada RNA pengatur, transkrip gen RNA dir poses oleh enzim
yang disebut Dicer Slicer dan Argonaute, hasil akhirnya adalah potongan
kecil sel RNA dengan panjang sekitar 20 cm. Meskipun ringkas potongan RNA
ini cukup panjang untuk disesuaikan dengan urutan RNA spesifik dalam sel
berbagai jenis RNA kurir. Bila potongan RNA menemukan RNA kurir yang
sesuai, maka mikro RNA akan mengekang aktifitas RNA kurir dan silencing RNA
akan menghancurkan target RNA kurir. Hal ini berarti lebih sedikit atau tidak
ada protein yang diproduksi dalam sel.
Peranan penting RNA terletak pada fungsinya sebagai
perantara antara DNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini
berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai
salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan
basa ini tersusun dalam bentuk ‘triplet’, tiga urutan basa N, yang dikenal
dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan satu asam amino (atau kode
untuk berhenti), monomer yang menyusun protein. Penelitian mutakhir atas fungsi
RNA menunjukkan bukti yang mendukung atas teori ‘dunia RNA’, yang menyatakan
bahwa pada awal proses evolusi, RNA merupakan bahan genetik universal sebelum
organisme hidup memakai DNA.
2.3 Diferensiasi
2.3.1 Pengertian diferensiasi
Diferensiasi
sel adalah proses ketika sel kurang khusus menjadi jenis sel
yang lebih khusus. Diferensiasi terjadi beberapa kali selama
perkembangan organisme multiselular ketika organisme berubah dari zigot
sederhana menjadi suatu sistem jaringan dan jenis sel yang rumit. Diferensiasi
adalah proses yang lazim pada makhluk dewasa terpisah dan menciptakan sel anak
yang terdiferensiasi sepenuhnya selama perbaikan jaringan dan perputaran sel
normal. Diferensiasi secara dramatis mengubah ukuran, bentuk potensial membran,
dan ketanggapan sel terhadap sinyal. Perubahan-perubahan itu sebagian besar
diakibatkan oleh modifikasi ekspresi gen yang sangat terkontrol. Dengan
sejumlah pengecualian, diferensiasi sel hampir tidak pernah mengubah urutan
DNA-nya sendiri. Karena itu, beberapa sel bisa memiliki ciri-ciri khas fisik
yang sangat berbeda meski memiliki genom yang sama. Sebuah sel yang mampu
mendiferensiasikan dirinya ke semua jenis sel organisme dewasa disebut
pluripoten. Sel-sel seperti itu disebut sel meristem pada tumbuhan yang lebih
tinggi. Sebuah sel yang mampu mendiferensiasikan diri ke semua jenis sel,
termasuk jaringan plasenta disebut totipoten. Pada tumbuhan, banyak sel
diferensiasi yang menjadi totipoten melalui serangkaian tekhnik laboratorium
sederhana. Sel di dalam kultur sel dapat
kehilangan ciri-ciri aslinya, seperti ekspresi protein atau berubah bentuk.
Proses ini tergolong diferensiasi.
Gambar 4 : metodologi diferensiasi. ( sumber :
Bischoff steve, 2010 )
2.4 Sistem operan
Setiap sel
hidup pada tumbuhan akan memperoleh kelengkapan genetik yang diturunkan dari
induknya dan merupakan sumber informasi untuk melaksanakan kegiatan pertumbuhan
dan perkembangan. Sumber-sumber informasi ini berada dalam inti sel dan setiap
sel hidup menerima kelengkapan informasi genetik yang asli yang diterimanya
pada saat proses pembelahan pembelahan sel terjadi. Informasi genetik yang
tepat perlu diterima oleh setiap sel, sehingga setiap organ pada tumbuhan dapat
berkembang pada jalur yang tepat. Dalam perjalanan proses perkembangan menuju
terbentuknya suatu individu tumbuhan yang utuh dan lengkap, setiap informasi
genetik yang tidak relevan atau tidak dibutuhkan akan ditahan atau disimpan dan
tidak digunakan. Dalam pemanfaatan informasi genetik dalam kaitannya dengan
perkembangan akan menyangkut proses pengaktifan gen, selanjutnya mRNA akan
ditranskripsi. mRNA yang diturunkan dari DNA pada gen ini telah terpolakan
susunan asam amino yang akan membentuk protein enzim tertentu, yang selanjutnya
akan digunakan dalam kegiatan metabolisme dalam sel yangs sesuai dengan arah
perkembangannya.
Aktif dan inaktifnya gen ditentukan oleh bekerja
tidaknya represor. Represoe ini akan menghambat kerja gen operator, sehingga
gen struktural tidak dapat bekerja. Disini terlihat bahwa faktor genetik akan
menentukan gen struktural mana yang bekerja dan protein dan enzim mana yang
dibentuk. Yang mampu menghilangkan hambatan represor adalah efektor yang dapat
berupa substrat yag harus dipecah oleh enzim. Dapat ditarik analogikan bahwa
lingkungan dapat menentukan protein apa atau gen mana yang aktif bekerja
sehingga terjadi diferensiasi. Senyawa yang dihasilkan oleh aktivitas gen dapat
pula menghambat kerja gen, karena senyawa itu dapat mengaktifkan represor
sehingga memblokir kerja gen operator. Hambatan kerja gen dapat terjadi kerena
histon salah satu protein penyusun DNA. Sebagai bagian dari protein struktural
histon dapat menghambat aktivitas gen diseluruh kromosom atau bagian kromosom
tertentu saja, atau histon itu menghambat aktivitas gen tertentu saja.
Gambar 5 :
Model mekanisme yang mengontrol pengaktifan gen. ( sumber : santoso 1990 )
Proses pengaktifan gen-gen tersebut
harus berjalan dalam urutan yang tepat, artinya tahap pengaktifan akan
merupakan prasyarat untuk pengaktifan berikutnya. Secara umum, bagaimana
mekanisme proses pengaktifan tersebut dilaksanakan, telah diusulkan oleh
ilmuwan Prancis F. Jacob dan J. Monod seperti terlihat pada gambar yang dikenal
dengan nama sistem operon berikut ini.
Gambar 6 : model mekanisme yang mengontrol sintesis
protein ( sumber : Bidwell,1979 )
Jacob dan Monod menggambarkan
mekanisme pengontrolan sintesis protein, diatur oleh gen pengatur (regulator
gene), gen operator (operator gene), dan gen struktur (struktural gene).
Kombinasi gen operator dengan gen struktur disebut operon. Mekanisme kerja operon ini dikatakan bahwa gen struktur
yang memprogram mRNA untuk enzim yang lebih spesifik, berada dalam kelompok
atau sendirian, masing-masing berkombinasi dengan suatu gen operator yang
berfungsi mengatur gen struktur menjadi aktif atau dalam keadaan terbuka, dan
menjadi tidak aktif atau dalam keadaan tertutup. Gen pengatur yang letaknya
terpisah (bukan bagian dari operon) membentuk suatu molekul pengatur (suatu
protein) yang disebut repressor yang menjaga gen operator dalam keadaan
tertutup, sehingga operon berada dalam keadaan tidak aktif. Hadirnya atau
penambahan suatu molekul yang disebut induser, yang bergabung dengan atau
mentidakaktifkan “repressor”, memberi kesempatan kepada gen operator untuk
berada dalam keadaan terbuka, sehingga operon diaktifkan.
Beberapa molekul lain yang disebut
korepresor dapat bertindak menutup gen, dengan cara mengaktifkan represor
kembali sehingga operon menjadi tertutup dan menjadi tidak aktif.
Molekul-molekul induser dan korepressor dapat merupakann metyabolit sederhana
yang terlibat dalam urutan reaksi atau metabolisme. Tidaklah sukar untuk
membayangkan bahwa beberapa aktivitas metabolisme sel berkaitan dengan
pertumbuhan (misalnya sintesis dinding sel), menghasilkan molekul yang
disamping sebagai senyawa antara dalam sintesis dinding sel, dapat pula
bertindak sebagai induser operon yang memprogram pembentukan mRNA yang akan
mensintesis enzim sitoplasmik.
Senyawa-senyawa ini lebih lanjut
dapat menghasilkan senyawa antara yang akan merangsang sintesis
komponen-komponen struktur dan lain-lain. Pada beberapa tahap, beberapa senyawa
antara atau produk aktivitas metabolisme dapat pula bertindak sebagai
korepresor operon sebelumnya, sesuai dengan urutannya. Proses pengaktifan satu
atau kelompok operon yang spesifik akan selalu mengarah pada satu pola
perkembangan. Arah perkembangan pada satu tingkat perkembangan (juvenile) dapat
sangat berbeda dengan arah perkembangan pada tingkat yang lain (dewasa),
meskipun kedua-duanya dikontrol oleh operon yang sama. Pada gambar dibawah ini
merupakan model hipotetik pada sel yang sama.
Gambar 7 :
model hipotetik sel yang sama akan tetapi reaksi berbeda ( sumber :
Bidwell,1979 )
Perbedaan
susunan genetiik merupakan salah satu fakor penyebab keragaman penampilan
tanaman. Biji yang diperoleh dari penyerbukan silang antara tanaman dari jenis
yang berbeda akan mempunyai susunan genetik yang berbeda. Program genetic – suatu untaian susunan genetic yang akan diekspresikan pada suatu fase atau
keseluruhan fase pertumbuhan – yang berbeda dapat diekspresikan pada berbagai
sifat tanaman yang mencakup bentuk dan fungsi tanaman yang menghasilkan
keragaman pertumbuhan tanaman. Pada tanaman yang menyerbuk sendiri pun, susunan
genetic dapat berbeda di antara biji
yang berasal dari tanaman berbeda bahkan mungkin tanaman yang sama. Mutasi,
fenomena yang menggambarkan peristiwa perubahan bahan genetic secara tiba-tiba
dan dapat diwariskan, sudah umum dikenal. Mutasi dapat terjadi karena
kekeliruan dalam pemindahan informasi genetic dari suatu generasi ke generasi
berikutnya. Sekalipun replikasi DNA terjadi melalui dua system koreksi yaitu oleh DNA itu sendiri dan enzim
DNA polymerase.
Mutasi dapat
juga terjadi karena pengaruh factor luar yang dikenal dengan istilah mutagen
seperti radiasi sinar tertentu dan bahan kimia. Kerusakan DNA yang dapat
menghasilkan susunan genetic yang
berbeda dapat terjadi pada biji selama penyimpanan. Ini berhubungan dengan
terbentuknya radikal(gugus) bebas yaitu molekul yang mengandung electron yang tidak berpasangan. Zat ini yang sangat
reaktif, membiak sendiri dan berada dalam berbagai produksi biologis – dapat
mengakibatkan gangguan metabolism termasuk kerusakan DNA. Sebagai contoh,
radikal bebas oksigen terlibat dalam kerusakan DNA melalui pengrusakan basa dan
gugusan fosfat gula. Reaksi biokimia yang dapat membawa pembentukan radikal
bebas mencakup proses metabolism penting
seperti transfer elektron, oksidasi substrat, metabolism lemak dan mekanisme pertahanan patologi. Keragaman
penampilan tanaman akibat perbedaan susunan genetic selalu mungkin terjadi sekalipun bahan tanam
yang digunakan berasal dari jenis tanaman yang sama.
Namun perlu
diingat bahwa susunan genetic yang
berbeda tidak selalu seluruhnya diekspresikan, hanya diekspresikan sebagian
yang mungkin mengakibatkan hanya sedikit perubahan penampilan tanaman. Oleh
karena itu suatu pertanyaan dapat timbul tentang besaran sumbangan factor
genetic terhadap total keragaman
penampilan tanaman. Apabila bahan tanam yang yang sama, maka keragaman tanaman
yang muncul dapat dihubungkan dengan perbedaan susunan susunan genetic dengan
catatan bahwa factor lain dapat
berpengaruh mempunyai susunan genetic yang berbeda ditanam pada kondisi lingkungan
konstan. Pengaruh suatu susunan genetic terhadap keragaman tanaman dapat ditafsirkan
dengan melibatkan keadaan lingkungan yang berbeda. Dalam keadaan demikian,
suatu perbandingan relative dapat dibuat
antara pengaruh genetic dan lingkungan
terhadap keragaman tanaman. Salah satu analisis yang umum digunakan untuk
mengevaluasi sumbangan perbedaan genetic terhadap keragaman penampilan tanaman adalah
heritabilitas, yaitu suatu ukuran tingkat pengaruh genetic terhadap fenotip.
h2 = V(P) – (V(E) : V ( P ) )
Dimana :
a)
V( P ) = keragaman individu dalam suatu populasi,
akibat perbedaan genetic dan
perbedaan lingkungan.
b)
V( E ) = keragaman lingkungan.
Akan tetapi
tanaman tingkat tinggi bukanlah suatu organism yang ideal untuk menyelesaikan
suatu siklus cukup panjang. Tanaman tahunan misalnya dapat membutuhkan waktu
bertahun – tahun untuk kelangsungan hidupnya. Dalam suatu percobaan, bahan
tanam seperti biji atau vegetative selalu berasal dari varietas yang sama
kecuali untuk tujuan pengujian spesies atau varietas. Sehingga perbedaan
genetic sebagai sumber keragaman dapat dihilangkan, sekalipun ini tidak berarti
bahwa factor ini dapat diabaikan begitu saja, bahkan harus diingat setiap saat
melaksanakan penelitian agar sikap hati – hati tetap dilakukan untuk menekan
keragaman yang bersumber dari perbedaan genetic.
BAB
III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Perkembangan
dari segi molekuler merupakan hasil gabungan interaksi proses dengan
lingkungan. Genetik merupakan sumber informasi yang dimiliki oleh sel dari
suatu organisme, yang mengotrol aktivitas fisiologi dan biokimia sejalan dengan
arah perkembangannya. Tetapi potensi genetic ini hanya akan berkembang apabila ditunjang
oleh lingkungan yang cocok yang memberikan fasilitas kepada organisme dalam
melaksanakan aktivitasnya. Jadi karakteristik yang ditampilkan oleh tumbuhan,
ditentukan baik oleh genetic maupun lingkungan secara bersama – sama. Asam
ribonukleat (RNA) adalah jenis molekul biologis penting yang terdiri
dari rantai panjang unit nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari basa nitrogen, gula ribosa, dan fosfat. Asam ribonukleat berperan sebagai pembawa bahan genetik dan
memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. RNA terletak didalam sitoplasma, terutama di
dalam ribosom dan nucleus.
RNA merupakan bahan genetik Ia berfungsi
sebagai penyimpan informasi genetic, sebagaimana DNA pada organisme hidup lain. RNA
memiliki beberapa tipe yaitu RNAd, rRNA, dan tRNA. Diferensiasi sel adalah
proses ketika sel kurang khusus menjadi
jenis sel yang lebih khusus. Diferensiasi terjadi beberapa kali selama
perkembangan organism multiselular
ketika organism berubah dari zigot
sederhana menjadi suatu system jaringan
dan jenis sel yang rumit. Jacob dan Monod
menggambarkan mekanisme pengontrolan sintesis protein, diatur oleh gen pengatur
(regulator gene), gen operator (operator gene), dan gen struktur ( structural
gene). Kombinasi gen operator dengan gen struktur disebut operon. Mekanisme kerja operon
ini dikatakan bahwa gen struktur yang memprogram mRNA untuk enzim yang lebih
spesifik, berada dalam kelompok atau sendirian, masing-masing berkombinasi
dengan suatu gen operator yang berfungsi mengatur gen struktur menjadi aktif
atau dalam keadaan terbuka, dan menjadi tidak aktif atau dalam keadaan tertutup.
3.2 Saran
Semoga
dengan adanya makalah mengenai perkembangan tumbuhan ini dalam hal perkembangan segi molekuler, RNA,
diferensisi, serta system operan menurut Jacob dan Monod dapat member nuansa dan gairah baru terhadap pemahaman mengenai perkembangan tumbuhan yang sering kita temui dalam kehidupan sehari
– hari. Kamipun menyadari bahwa makalah ini masih ada kekurangan. Untuk itu
kritik dan saran dari semua pihak merupakan suatu hal yang kami harapkan agar menjadikan makalah ini lebih
baik. Kami minta maaf apabila ada kesalahan dalam pembuatan makalah mata kuliah
perkembangan tumbuhan ini. Semoga segala
ikhtiyar kita diridhoi Allah SWT. Amin…
DAFTAR
PUSTAKA
Sasmitamihardja, Darjat.dkk. 1995. Dasar – dasar Fisiologi Tumbuhan. Bandung : Institut Teknologi Bnadung ( ITB )
Yuwono,
Tribowo. 2002. Biologi Molekuler . Jakarta
: Erlangga.
Franklin, P. Gardner, R. Brent. Pearce. 1991. Fisiologi Tanaman Budidaya. Jakarta :
Universitas Indonesia ( UI – Press ).
H.
Fried, George. 2005 . Biologi. Jakarta
: Erlangga.
Salisburry,
Frank B. dan Cleon W. Ross. 1995. Fisiologi
Tumbuhan Jilid III. Bandung : ITB
Nugroho, L. Hartanto, Purnomo, Issirep
Sumardi. 2005. Sruktur dan Perkembangan
Tumbuhan. Jakarta : Penebar Swadaya.
Dwijoseputro.
1997. Pengantar Genetika . Jakarta :
Bharata.
B,
Albert. 1994. Biologi Molekul Sel Edisi
Kedua. Jakarta : PT Gramedia Pustaka Utama.
Ghinaghufrona . blogspot. Com / 2011 / 08 / 18
/ perkembangan tumbuhan. Html.
(
http//kir-31. Blogspot. Com / 2011 /02. Pengantar genetika )
Ahmad dwi kartiko. Blogspot.com / 17 – oktober
– 2011 / pengontrolan perkembangan.
http: / / harunyahya. Com/ indo/ buku/ menyanggah o4.htm
Tidak ada komentar:
Posting Komentar