Metabolisme, Produksi Energi dan Sintesis serta Modifikasi, Mutasi dan Genetik

Mutasi Pada Mahluk Hidup

Variasi sifat tertentu pada turunan oleh pengaruh lingkungan yang dapat kembali pada sifat penampakan semula pada turunan berikutnya disebut modifikasi. sementara perubahan lain yang tidak dapat kembali pada sifat asal disebut mutasi.

Mutasi adalah perubahan struktur materi genetis yang diturunkan kepada generasi berikutnya. Mutasi ada yant bersifat menguntukan dan merugikan

Mutasi yang menuntungkan antara lain :

• Terbentuknya bibit unggul baru dengan radiasi
• Pembuatan obat obatan misalnya insulin dengan rekayasa genetika

Mutasi yang merugikan antara lain :

• Timbulnya penyakit penyakit seperti kanker kulit,
• Abnormalitas bagi yang baru lahir akibat terkena radiasi nuklir.

1. jenis jenis mutasi

Menurut bagian yang berubah pada materi genetik, mutasi dibedakan atas :

• Mutasi gen, dan
• Mutasi kromosom

a.      Mutasi gen

Mutasi gen berarti perubahan struktur penyusun gen, yakni DNA. DNA didalam sel mengadakan replikasi dan transkripsi.

Gen-gen dapat berubah akibat mutasi lewat beberapa cara antara lain :

• lewat mutasi titik : perubahan kimia pada suatu nukleotida atau beberapa nuklotida dalam gen tunggal. Mutasi titik dapat dibedakan atas subtitik pasangan basa dan inerasi atau delasi pasangan basa.
• Mutasi missene : yang merupakan mutasi subtitusi, yakni kodon yang brubah masi tetap mengkode asam amino dan masih dalam rangkaian yang bermakna meskipun bukan rangkaian yang sebenarnya.
• Mutasi nonsense : perubahan kodon asam ammino menjadi stop kodon ; hampir semua mutasi nonsense mengara pada protein yang tidak berfungsi.
• Mutasi frameshift (pengubah bingkai) : mRNA yang dibaca sebagai kelompok triplet nukleotida selama translasi, inersi, atau dilesi nukloetida dapt mengubah pembacaan bingkai (kelompok triplet informasi genetik)
• Transposon : melompatnya potongan DNA ke tengah-tengah gen. Tranposon data mengacaukan fungsi dapat mengaktifkan gen gen yang inaktif.

b.      mutasi kromosom

Mutasi kromosom dapat diartikan sebagai perubahan sifat oleh karena perubahan kromosom dalam hal jumlah untaian dan jumlah gen yang terkandung di dalamnya.

1.      perubahan jumlah set kromosom

perubahan jumlah set kromosom dapat terjadi dari dalam maupun dari luar.

• Perubahan dari dalam : terjadi pada peristiwa miosis, keadaan ini disebut autopoliploidi.
• Perubahan dari luar : disebabkan karena perkawinan dari sel-sel yang jumlah kromosomnya berbeda disebul allopoliploidi

2. perubahan jumlah kromosom dalam satu set

• Kromosom yang kehilangan pasangan homolognya,, disebut monosomi (2n-1)
• Kelebihan atau penambahan satu set, yakni: trisomi : dalam jumlah (2n+1) telrosomi : dalam jumlah (2n + 2)
• Organisme atau sel yang kehilangan kedua anggota pasangan kromosomnya (2nn – 2) disebut nulisomi

3. Abrasi atau kerusakan kromosom

• inersi : berubahnya kedudukan gen-gen dalam satu kromosm, akibatnya terjadi susunan asam amino yang sangat berbeda dengan yang dikode oleh gen normal.
• delesi atau defisiensi : hilangnya salah satu segmen kromosom, akibatnya terjadi sintesis polipeptidak dengan perubahan pada asam aminonya.
• Translokasi : perpindahan lokasi potongan kromosom, yang bergabung dengan kromosom lain, akibatnya ada kromosm yang kekurangan gen dan ada yang kelebihan.
• fusi : peristiwa diman ada dua kromosom menggabung menjadi satu kromosom.
• duplikasi atau adisi : peristiwa dari satu kromosm bereplikasi ulang sehingga ada penambahan bagian kromosom dengan gen gen yang sama.

a. jika gen yang berduplikasi hilang maka mutasi akan menyebabkan letal karena memproduksi protein yang tidak berproduksi.

b. jika gen berduplikasi diproduksi terus-menerus, organisme akan tetap hidup.

2. Mutagen

Penyebab mutasi disebut mutagen, sedangkan organisme yang mengalami mutasi disebut mutan.

a. Mutasi spontan (mutasi alam)

• sinar kosmos : radiasi sinar kosmos yang bergelombang pendek merupakan penyebab mutasi yang efektif.
• sinar ultravioelt : menyebabkan mutasi kromosm (aberasi) dengan daya lebih kecil dari pada sinar X

b. Mutasi buatan

 Mutasi buatan adalah mutasi yang disengaja dilakukan untuk keperluan tertentu.
Mutasi buatan dapat menggunakan cara-cara fisika, kimia dan biologi

• cara fisika, misalnya menggunakan radiasi
• cara kimia, misalnya dengan menggunakan za zat kimia tertentu
• cara biologi, misalnya dengan penyisipan DNA

Pengaru mutasi pada manusia umumnya merugikan misalnya penyebab penyakit, cacat dan kematian, sedangkan yang menguntungkan, misalnya untuk membuat buah poliploidi dan rekayasa genetika.

Metaboisme Produksi Energy Dan Sintesis

A.    Metabolism Produksi Energi

Dalam kehidupan, mahluk hidup memerlukan energi yang diperoleh dari proses metabolisme. Metabolisme terjadi pada semua mahluk hidup termasuk kehidupan mikroba. Pada hewan atau tumbuhan yang berderajat tinggi enzim yang di sediakan untuk keperluan metabolisme reatif stabil, selama terjadi perkembangan individu memang terjadi perubahan susunan enzim, akan tetapi pada pergantian lingkungan perubahan itu sangat kecil. Metabolisme merupakan serentetan reaksi kimia yang terjadi dalam sel hidup (Bibiana W. Lay, 1992 dalam Darkuni, 2001). Dalam kamus ilmiah populer metabolism adalah perubahan reaksi kimia dan energy yag menyertainya yang berlangsung dalam tubuh makhlk hidup, atau proses pertukarn zat (mengambil dari zat-zat yang berada di lingkungannya dan mengeluarkan ke lingkungannya. (Al Barry. 1994: 488)

            Dalam metabolisme ada dua fase yaitu katabolisme dan anabolisme. Metabolime ini selalu terjadi dalam sel hidup karena di dalam sel hidup terdapat enzim yang diperlukan untuk membantu berbagai reaksi kimia yang terjadi. Suatu proses reaksi kimia yang terjadi dapat menghasilkan energi dan dapat pula memerlukan energi untuk membantu terjadinya reaksi tersebut.

Menurut Darkuni (2001) bila dalam suatu reaksi menghasilkan energi maka disebut reaksi eksergonik, dan apabila untuk dapat berlangsungnya suatu reaksi diperlukan energi, reaksi ini disebut reaksi endergonik. Kegiatan metabolisme meliputi proses perubahan yang dilakukan untuk sederetan reaksi enzim yang berurutan. Secara singkat kegiatan proses ini disebut tansformasi zat.

Metabolisme terdiri dari dua proses yang berlawanan yang terjadi secara simultan. Reaksi tersebut adalah:

1. Sintesis protoplasma dan penggunaan energi yang disebut Sebagai Anabolisme.

2. Oksidasi substrat diiringi dengan terbentuknya energi disebut Dengan Katabolisme.

Bakteri memperoleh energi melalui proses oksidasi-reduksi. Oksidasi adalah proses pelepasan elektron sedang reduksi adalah proses penangkapan elektron. Karena elektron tidak dapat berada dalam bentuk bebas, maka setiap reaksi oksidasi selalu diiringi oleh reaksi reduksi.

Untuk keperluan hidupnya, semua makhluk hidup memerlukan bahan makanan. Bahan makanan ini diperlukan untuk sintesis bahan sel dan untuk mendapatkan energi. Demikian juga dengan mikroorganisme, untuk kehidupannya membutuhkan bahan-bahan organik dan anorganik dari lingkungannya. Bahan-bahan tersebut disebut dengan nutrient (zat gizi), sedang proses penyerapanya disebut proses nutrisi (Suriawiria, 1985).”

Mikroba sama dengan makhluk hidup lainnya, memerlukan suplai nutrisi sebagai sumber energi dan pertumbuhan selnya. Unsur-unsur dasar tersebut adalah : karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, sulfur, fosfor, zat besi dan sejumlah kecil logam lainnya. Ketiadaan atau kekurangan sumber-sumber nutrisi ini dapat mempengaruhi pertumbuhan mikroba hingga pada akhirnya dapat menyebabkan kematian. Kondisi tidak bersih dan higienis pada lingkungan adalah kondisi yang menyediakan sumber nutrisi bagi pertumbuhan mikroba sehingga mikroba dapat tumbuh berkembang di lingkungan seperti ini.

Oleh karena itu, prinsip daripada menciptakan lingkungan bersih dan higienis adalah untuk mengeliminir dan meminimalisir sumber nutrisi bagi mikroba agar pertumbuhannya terkendali. Menurut Waluyo (2005), peran utama nutrien adalah sebagai sumber energi, bahan pembangun sel, dan sebagai aseptor elektron dalam reaksi bioenergetik (reaksi yang menghasilkan energi).

B.     Sintesis

Dalam tubuh terjadi perubahan dari suatu senyawa ke senyawa lain untuk kepentingan penyusun tubuh, memelihara kelangsungan hidup, dan mempertahankan tubuh dalam berinteraksi dengan lingkungan. Penyusunan senyawa kimia dalam tubuh untuk aktivitas hidup dinamakan sintesis.

Sintesis dan degradasi

Di dalam kehidupan, selalu terjadi peristiwa sintesis dan degradasi komponen-komponen yang menyusunnya.

Sintesis

Sintesis adalah proses pembentukan suatu molekul yang lebih besar, dari molekul-molekul yang lebih kecil. Sebagai contoh, protein adalah molekul yang sangat besar. Protein ini disintesis dari asam-asam amino dengan mekanisme yang sangat rumit.

Bulatan-bulatan yang berantai merupakan gambaran sederhana dari asam-amino yang bersambungan dengan ikatan peptida membentuk protein.

Contoh lainnya adalah DNA suatu rantai deoksiribonukleotida yang sangat panjang. Setiap mata rantai merupakan satu unit deoksiribonukleotida. Deoksiribonukleotida tersebut terbentuk oleh deoksiribonukleosida dan fosfat, demikian seterusnya sampai dengan komponen yang lebih kecil.

Degradasi

Degradasi adalah pembongkaran molekul-molekul yang lebih besar menjadi molekul-molekul yang lebih kecil. Contohnya adalah degradasi asam amino. Asam-asam amino yang melebihi kebutuhan sintesis protein tidak dapat disimpan dan tidak dapat diekskresikan. Kelebihan asam amino ini cenderung digunakan bahan bakar. Gugus amino dibebaskan selanjutnya sebagian besar menjadi urea, sedangkan rangka karbon diubah menjadi zat antara metabolisme misalnya asetil KoA, asetoasetil KoA, piruvat dll.

Contoh Sintesis Protein

Sintesis protein merupakan proses terbentuknya protein yang terdiri dari 2 tahap yaitu tahap transkripsi dan tahap translasi. Tahap transkripsi adalah tahap dimana pada saat pembentukan mRNA di dalam nukleus dari DNA template dengan dibantu oleh enzim polimerase. Tahap translasi adalah tahap dimana mRNA keluar dari inti sel dan bertemu dengan tRNA lalu dibantu oleh Ribosom yang terdiri dari sub unit besar dan sub unit kecil.

1. Proses Transkripsi

Pada tahap ini terjadi di dalam nukleus.DNA double heliks yang terdiri dari 2 sisi, misal yang sisi bawah adalah DNA sense (pencetak/cetakan) sedangkan sisi atas adalah DNA non sense (bukan cetakan). Pertama, enzim polimerase akan masuk diantara double heliks dan menempel pada sisi DNA sense. Enzim polimerase akan mencetak/ mengkopi kode genetik DNA seperti yang ada pada DNA non sense dengan jalan DNA sense sebagai cetakan. Proses pencetakan ini dimulai dari start kodon pada mRNA yaitu AUG lalu proses pengkopian ini berakhir pada stop kodon yaitu UAG, UAA,atau UGA. Proses transkripsi selesai lalu mRNA keluar dari nukleus.

2. Proses Translasi

Setelah mRNA keluar dari nukleus ke sitoplasma yang membawa kode genetik akan menempel pada ribosom sub unit kecil. Setelah itu tRNA yang tersebar di sitoplasma akan menghampiri mRNA dengan membawa pasangan yang sesuai dengan kode genetik mRNA. setelah itu ribosom sub unit besar akan menghampiri ribosom sub unit kecil sehingga tRNA berada pada site P lalu pada site A akan ada tRNA lain yang membawa kode genetik yang sesuai dengan mRNA sehingga berjajaran. Setelah itu asam amino yang dibawa oleh masing-masing tRNA akan berikatan membentuk rantai polipeptida dan begitu terus menerus tRNA di site A bergeser ke site P dan datang lagi tRNA lain di site A asam amino berikatan lagi hingga ujung mRNA maka selesailah proses tanslasi sehingga terbentuk asam amino atau polipeptida.