Molekul yang mendasari Pewarisan Sifat

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Genetika adalah bidang sains yang mempelajari pewarisansifatdan variasiyang diwariskan.Teori pewarisan sifat ataubiasa disebut hukum heraditas pertamakalidicetuskanoleh Gregor JohannMendel. Ia berpendapat bahwa sifat – sifat dapat ditunkan dari generasikegenerasi melalui faktor penentu.Mendel menemukan prinsip dasar tentang pewarisan sifat dengan cara membiakan ercis kebun dalam percobaan yang dirancang secara hati–hati.Mendel mengembangkan teori pewarisan sifatnya beberapa dasawarsa sebelum kromosom terlihat dengan mikroskop dan nilai penting kromosom dipahami,Sejak itu teori Mendel belum diakui dan baru diakui saat ia sudah meninggal seiring dengan perkembangan jaman.

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimanamendel melakukan percobaannya sampai ia menemukan hukum hereditas?

Bagaimana persilangan yang ada dalam teoripewarisan sifat ?

Bagaimana penyimpangan hukum mendel, tautan, gen letal, dan pewarisan sifat yang terpaut kromosom seks

Bagaimana penjelasan dari hukum Hardy-Weinberg ?

1.3 Tujuan Penelitian

Mengetahui percobaan yang dilakukan oleh mendel sampai ia menemukan hukum hereditas.

Menjelaskan persilangan yang ada dalam teori pewarisan sifat.

Menjelaskan penyimpangan hukum mendel, tautan, gen letal, dan pewarisan sifat yang terpaut kromosom seks.

Menjelaskan tentang hukum Hardy-Weinberg.

1.4  Manfaat Penulisan

1. Dapat Mengetahui Teori Pewarisan Sifat

2. Dapat Mengetahui Hukum Pewarisan Sifat

3. Dapat Mengetahui Pengertian Kromosom

4. Dapat Mengetahui Pengertian Gen

5. Dapat Mengetahui tentang Materi Genetik

6. Dapat Mengetahui tentang Sintesis Protein

7. Dapat Mengetahui Hereditas Pada Manusia

BAB II

PEMBAHASAN

Pewarisan sifat atau yang lebih dikenal dengan Hereditas merupakan suatu pewarisan sifat dari induk kepada keturunannya. Ilmu yang mempelajari tentang pewarisan sifat disebut dengan Genetika.Genetika adalah ilmu keturunan yang mempelajari bagaimana sifat-sifat pada organisme diturunkan kepada keturunannya. Pewarisan sifat itu dapat ditentukan oleh Kromosomdan Gen.

2.1 Teori Pewarisan Sifat.

1. Teori Embrio

Teori ini dikemukakan oleh Willam Harvey, 1578-1657 yang menyatakan bahwa semua hewan berasal dari telur. Pernyataan ini diperkuat oleh Raider de Graff (1641-1673) peneliti pertama yang mengenal bersatunya sel sperma dengan sel telur. Sel sperma dan Sel telur yang akan membentuk embrio. Rainer de Graff menyatakan bahwa Ovarium pada burung sama dengan Ovarium pada kelinci.

2. Teori Preformasi

Teori ini dikemukakan oleh Jan Swammerdan, 1637-1689 yang menyatakan bahwa telur mengandung semua generasi yang akan dating sebagai miniatur yang telah terbentuk sebelumnya.

3. Teori Epigenesis Embriologi

Teori ini dikemukakan oleh CF.Wolf , 1738-1794, yang menyatakan bahwa ada kekuatan vital dalam tubuh organisme dan kekuatan ini menyebabkan pertumbuhan embrio menurut pola perkembangan sebelumnya.

4. Teori Plasma Nutfah

Teori ini dikemukakan oleh J.B. Lamarck, 1744-1829 yang menyatakan sifat yang terjadi karena rangsangan yang terjadi dari luar (Lingkungan) terhadap struktur dan fungsi organ yang diturunkan pada generasi berikutnya.

5. Teori Pengenesis

Teori ini dikemukakan oleh C.R Darwin 1882-1980 yang menyatakan bahwa setiap bagian tubuh dewasa menghasilkan benih-benih kecil yang disebut gemuaia

2.2 Hukum Pewarisan Sifat.

Dari teori-teori yang menjelaskan tentang Pewarisan sifat di atas masih belum ada yang menjelaskan adanya hukum yang mengatur penurunan sifat. Kemudian seorang Biarawan dari Austria yang bernama Gregor Mandel (1822-1844) melakukan berbagai percobaan tentang penyilangan dengan berbagai jenis tanaman. Mendel melakukan penyilangan terhadap Kacang Ercis (Pisum Sativum) yang mempunyai sifat sebagai berikut:

1. Memiliki pasangan-pasangan sifat yang kontras

2. Dapat melakukan Autogami atau perkawinan sendiri

3. Mudah disilangkan

4. Mempunyai keturunan yang banyak

5. Mempunyai daur hidup yang pendek

Dalam percobaannya Mendel melakukan perkawinan silang dengan menyerbukkan sendiri antara dua variates Ercis berbunga ungu dengan Ercis berbunga putih sebagai induk-induknya. Turunan hasil persilangan ini disebut Hibrid. Sedangkan proses perkawinan silang sendiri disebut Hibridisasi.

Dalam percobaan awalnya, Mendel menyilangkan galur murni Kacang Ercis untuk satu sifat beda yang berlawanan. Galur murni dari tanaman induk disebut sebagai generasi P (Parental), sedangkan turunan pertama dari hasil penyilangan disebut generasi F1 (filial), dan generasi kedua dari hasil penyerbukan sendiri disebut generasi F2. Hasil penyilangan satu sifat beda tersebut pada generasi pertamanya tidak menunjukkan campuran dari sifat induknya, tetapi menunjukkan sifat dari salah satu induknya. Sementara pada generasi berikutnya sifat yang muncul pada generasi pertama akan muncul ¾ bagian, sedangkan sifat induknya yang tidak muncul pada generasi pertamanya akan muncul pada generasi kedua sebesar ¼ bagian sehingga rasionya 3:1.

Dari hasil percobaan yang diperolehnya, Mendel menyusun beberapa HIpotesis, yaitu:

a. Setiap sifat pada organisme dikendalikan oleh satu pasang faktor keturunan, satu dari induk jantan dan satu dari induk betina.

b. Setiap pasang faktor keturunan menunjukkan bentuk alternatif sesamanya. Misalnya tinggi atau rendah, bulat atau keriput, kuning atau hijau. Kedua bentuk alternatif ini disebut alel.

c. Bila pasangan faktor itu terdapat bersama-sama dalam satu tanaman, faktor dominasi akan menutup faktor resesif.

d. Pada waktu pembentukan gamet, pasangan faktor atau masing-masing alel akan memisah secara bebas.

e. Individu murni memiliki alel sama, yaitu dominin saja atau resesif saja.

Dari hasil Hipotesis diatas. Mendel membuat hukum yang terkenal dengan Hukum Mendel I (Hukum Segregasi), yaitu: Bahwa alel-alel akan berpisah secara bebas dari diploidmenjadi haploid pada saat pembentukan gamet. Dan Hukum Mandel II (Hukum kebebasan untuk memilih/pengelompokan secara bebas), yaitu: Bahwa dalam suatu perkawinan/persilangan yang menyangkut dua atau lebih pasangan sifat berbeda maka pewarisan dari masing-masing pasangan faktor sifat-sifat tersebut adalahbebas sendiri.

Alel dominan disimbolkan dengan huruf kapital, sedangkan alel resesif disimbolkan dengan huruf kecil. Organisme yang memiliki pasangan alel identik disebut homozigot, sedangkan jika organisme mempunyai alel yang berbeda disebut heterozigot. Alel homozigot dapat berupa homozigot dominan ataupun resesif. Susunan genetik dari suatu sifat yang dikandung oleh suatu organisme disebut genotip, sedangkan suatu sifat yang di ekspresikan oleh suatu oragnisme (bentuk luar suatu organisme) disebutfenotip.

2.3 Materi Genetik

Manusia sejak dulu sangat tertarik pada pewarisan sifat atau hereditas. Manusia telah mengetahui pentingnya pewarisan sifat dalam keluarga, produksi tanaman, dan ternak. Gregor Mendel adalah orang pertama yang mempelajari pewarisan sifat secara ilmiah. Sekitar 1857.

2.3.1 KROMOSOM

Kromosom berasal dari kata chrome artinya berwarna dan soma artinya badan. Oleh karena itu, kromosom dapat diartikan sebagai badan yang menyerap warna. Kromosom terdapat pada nukleus (inti sel) setiap sel. Kromosom dapat diamati pada tahap metafase saat pembelahan mitosis maupun meiosis.

2.3.1.1 Struktur Kromosom

Kromosom terdiri atas sentromer dan lengan kromosom. Sentromer tidak mengandung gen dan merupakan tempat melekatnya kromosom. Jika dilihat menggunakan mikroskop, sentromer terlihat terang karena kemampuan menyerap zat warna yang rendah. Sentromer memiliki fungsi penting dalam pembelahan sel mitosis dan meiosis yang akan Anda pelajari pada bab berikutnya. Lengan kromosom merupakan bagian kromosom yang mengandung gen. setiap kromosom memiliki satu atau dua lengan. Setiap lengan kromosom, terdapat benang halus yang terpilin. Benang-benang halus tersebut dikenal dengan kromatin. Benang-benang kromatin juga merupakan untaian DA (deo yribonucleic acid) yang berpilin dengan protein histon. Bentuk ikatan DNA dan protein histon disebut juga nukleosom.

2.3.1.2 Bentuk Kromosom

Kromosom memiliki bentuk yang berbeda-beda. Berdasarkan panjanglengan yang dimilikinya kromosom dibedakan menjadi metasentrik, submetasentrik, akrosentrik, dan telosentrik

1)      Metasentrik, kromosom jenis ini memiliki panjang lengan yang relative sama sehingga sentromer berada di tengah-tengah kromosom.

2)      Submetasentrik, kromosom jenis ini memiliki satu lengan kromosom lebih pendek sehingga letak sentromer sedikit bergeser dari tengah kromosom.

3)      Akrosentrik, pada kromosom ini salah satu lengan kromosom jauh pendek dibandingkan lengan kromosom lainnya.

4)      Telosentrik, kromosom ini hanya memiliki satu buah lengan saja sehingga letak sentromernya berada di ujung kromosom.

2.3.1.3 Jumlah kromosom

Semua makhluk hidup eukariotik memiliki jumlah kromosom yang berbeda-beda. Pada sel tubuh atau sel somatis, jumlah kromosom umumnya genap, karena kromosom sel tubuh selalu berpasangan. Jumlah kromosom sel somatis tersebut terdiri atas 2 set kromosom (diploid, 2n), dari induk jantan dan induk betina. Berikut ini tabel jumlah kromosom beberapa makhluk hidup.

Pada sel gamet atau sel kelamin, seperti sel telur dan sel sperma, hanya memiliki setengah dari jumlah kromosom sel tubuh. Jumlah kromosom sel gamet hanya satu set atau haploid (n). Pada manusia dengan jumlah kromosom sel somatis 46, sel telur atau sel sperma hanya memiliki 23 kromosom. Adanya fertilisasi (peleburan sel telur dan sel sperma) mengembalikan jumlah ;kromosom sel tubuh menjadi 46 buah.

2.3.1.4 Tipe Kromosom

Kromosom dalam tubuh berdasarkan pengaruhnya terhadap penentuan jenis kelamin dan sifat tubuh dibedakan menjadi dua, yaitu:

1)      Autosom, disebut juga kromosom biasa atau kromosom tubuh. Autosom tidak menentukan jenis kelamin organisme. Pada manusia dengan jumlah kromosom sel somatis 46 buah, memiliki 44 autosom. Selebihnya, 2 kromosom, adalah kromosom kelamin. Penulisan autosom dilambangkan dengan huruf A sehingga penulisan autosom sel somatis manusia adalah 44A atau 22AA. Bagaimanakah penulisan sel gamet?

2)      Gonosom, disebut juga kromosom kelamin atau kromosom seks. Gonosom dapat menentukan jenis kelamin makhluk hidup. Jumlahnya sepasang pada sel somatis. Pada manusia dengan jumlah kromosom sel somatis 46 buah, terdapat 44 autosom dan 2 gonosom. Terdapat 2 jenis gonosom, yaitu X dan Y. Umumnya pada makhluk hidup, gonosom X menentukan jenis kelamin betina dan gonosom Y menentukan jenis kelamin jantan. Susunan gonosom wanita XX dan gonosom pria XY. Oleh karena itu, penulisan kromosom sel somatic (2n) adalah 44A + XY (pria) atau 44A + XX (wanita). Adapun untuk sel gamet (n) adalah 22A + X atau 22A + Y.

2.3.2 RNA DNA

Asam nukleat adalah polinukleotida yang terdiri dari unit-unit mononukleotida, jika unit-unit pembangunnya dioksinukleotida maka asam nukleat itu disebut dioksiribonukleat(DNA) dan jika terdiri dari unit-unit mononukleotida disebut asam ribonukleat(RNA).

DNA dan RNA mempunyai sejumlah sifat kimia dan fisika yang sama sebab antara unit-unit mononukleotida terdapat ikatan yang sama yaitu melalui jembatan fosfodiester antara posisi 3′ suatu mononukleotida dan posisi 5′ pada mononukleotida lainnya(Harpet, 1980).

Asam-asam nukleat seperti asam dioksiribosa nukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA) memberikan dasar kimia bagi pemindahan keterangan di dalam semua sel. Asam nukleat merupakan molekul makro yang memberi keterangan tiap asam nukleat mempunyai urutan nukleotida yang unik sama seperti urutan asam amino yang unik dari suatu protein tertentu karena asam nukleat merupakan rantai polimer yang tersusun dari satuan monomer yang disebut nukleotida(Dage, 1992).

Dua tipe utama asam nukleat adalah asam dioksiribonukleat(DNA) dan asam ribonukleat(RNA). DNA terutama ditemui dalam inti sel, asam ini merupakan pengemban kode genetik dan dapat memproduksi atau mereplikasi dirinya dengan tujuan membentuk sel-sel baru untuk memproduksi organisme itu dalam sebagian besar organisme, DNA suatu sel mengerahkan sintesis molekul RNA, satu tipe RNA, yaitu messenger RNA(mRNA), meninggalkan inti sel dan mengarahkan tiosintesis dari berbagai tipe protein dalam organisme itu sesuai dengan kode DNA-nya(fessenden, 1990).

Meskipun banyak memiliki persamaan dengan DNA, RNA memiliki perbedaan dengan DNA, antara lain yaitu(Poedjiati, 1994):
1. Bagian pentosa RNA adalah ribosa, sedangkan bagian pentosa DNA adalah dioksiribosa.
2. Bentuk molekul DNA adalah heliks ganda, bentuk molekul RNA berupa rantai tunggal yang terlipat, sehingga menyerupai rantai ganda.
3. RNA mengandung basa adenin, guanin dan sitosin seperti DNA tetapi tidak mengandung timin, sebagai gantinya RNA mengandung urasil.
4. Jumlah guanin dalam molekul RNA tidak perlu sama dengan sitosin, demikian pula jumlah adenin, tidak perlu sama dengan urasil.
Selain itu perbedaan RNA dengan DNA yang lain adalah dalam hal(Suryo, 1992):

1.                     Ukuran dan bentuk
Pada umumnya molekul RNA lebih pendek dari molekul DNA. DNA berbentuk double helix, sedangkan RNA berbentuk pita tunggal. Meskipun demikian pada beberapa virus tanaman, RNA merupakan pita double namun tidak terpilih sebagai spiral.

2.                     Susunan kimia
Molekul RNA juga merupakan polimer nukleotida, perbedaannya dengan DNA yaitu:
a. Gula yang menyusunnya bukan dioksiribosa, melainkan ribosa.
b. Basa pirimidin yang menyusunnya bukan timin seperti DNA, tetapi urasil.

3.                     Lokasi
DNA pada umumnya terdapat di kromosom, sedangkan RNA tergantung dari macamnya, yaitu:
a. RNA d(RNA duta), terdapat dalam nukleus, RNA d dicetak oleh salah satu pita DNA yang berlangsung didalam nukleus.
b. RNA p(RNA pemindah) atau RNA t(RNA transfer), terdapat di sitoplasma.
c. RNA r(RNA ribosom), terdapat didalam ribosom.

4.                     Fungsinya
DNA berfungsi memberikan informasi atau  keterangan genetik, sedangkan fungsi RNA tergantung dari macamnya, yaitu:
a. RNA d, menerima informasi genetik dari DNA, prosesnya dinamakan transkripsi, berlangsung didalam inti sel.
b. RNA t, mengikat asam amino yang ada di sitoplasma.
c. RNA t, mensintesa protein dengan menggunakan bahan asam amino, proses ini berlangsung di ribosom dan hasil akhir berupa polipeptida.

Ada beberapa cara untuk menentukan DNA dan RNA, yaitu(Frutan and Sofia, 1968):

1. Jaringan hewan dan alkali hangat
RNA akan terpecah menjadi komponen-komponen nukleotida yang larut dalam asam. DNA sulit dipecah atau dirusak oleh alkali.

2. Metode Schnider
Jaringan dan asam trikloro asetat panas dan diperkirakan DNA dapat diuji oleh reaksi kalorimetri dengan difenilanin, yang mana akan bereaksi dengan purin dioksiribosa dan tidak bereaksi dengan purin ribosa.

3. Metode Feligen
Fuchsin sulfurous acid akan berwarna merah dengan DNA, dan tidak dengan RNA. Reaksi ini diterapkan untuk mempelajari distribusi RNA dan DNA didalam bagian-bagian sel.

4. Secara Spektroskopi
Pengaukuran absorbsi cahaya oleh RNA dan DNA pada 260nm dimana spektra cincin purin dan pirimidin asam nukleat menunjukkan maksimal.
Tiga bentuk utama RNA yang terdapat didalam sel adalah mRNA(messenger RNA), rRNA(ribosa RNA), dan tRNA(transfer RNA). Tiap bentuk RNA ini mempunyai berat molekul dan komposisi yang berlainan, tetapi khas untuk tiap macam bentuk RNA.
Semua RNA terdiri dari rantai tunggal poliribonukleotida. Pada sel bakteri, hampir semua RNA ada di dalam sitoplasma. Disel hati kira-kira 11% terdapat dalam nukleus(terutama mRNA), sekitar 15% dalam mitokondria, lebih dari 50% dalam ribosom, dan kira-kira 24% dalam strosol.

2.4 KODE GENETIK

Kode genetikadalah suatu informasi dengan menggunakan huruf sebagai lambang basa nitrogen (A, T, C, dan G) yang dapat menerjemahkan macam-macam asam amino dalam tubuh. Dengan kata lain, kode genetik adalah cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA atau RNA untuk menentukan urutan asam amino pada saat sintesis protein. Macam molekul protein tergantung pada asam amino penyusunnya dan panjang pendeknya rantai polipeptida.

Pada tahun 1968, Nirenberg, Khorana dan Holley menerima hadiah nobel untuk penelitian mereka yang sukses menciptakan kode-kode genetik yang hingga sekarang kita kenal. Seperti kita ketahui saat ini, ada 20 macam asam amino penting yang dapat dirangkai membentuk jutaan polipeptida.

Untuk memudahkan mempelajarinya, asam amino ditulis secara singkat dengan mencantumkan 3 huruf pertama dari nama asam amino itu.

• Yang menjadi masalah bagaimana 4 basa nitrogen ini dapat mengkode 20 macam asam amino yang diperlukan untuk mengontrol semua aktifitas sel?

Para peneliti melakukan penelitian pada bakteri E. Coli. Mula mula digunakan basa nitrogen kode singlet (kode yang terdiri atas satu huruf atau satu basa), maka diperoleh 4 (4¹) asam amino saja yang dapat diterjemahkan. Padahal ke 20 asam amino itu harus diterjemahkan semua agar protein yang dihasilkan dapat digunakan. Kemudian para ilmuwan mencoba lagi dengan kodeduplet (kombinasi dua basa), namun baru dapat menerjemahkan 16 (4²) asam amino. Ini pun belum cukup. Kemudian yang terakhir dicoba adalah kodetriplet (kombinasi 3 basa) yang dapat menerjemahkan 64 (4³) asam amino.

Berdasarkan hasil berbagai percobaan, terbukti bahwa kombinasi tiga basa adalah yang paling mungkin untuk mengkode asam amino. Tiga basa tersebut yang mewakili informasi bagi suatu asam amino tertentu dinamakan kode triplet atau kodon.

HAL ini tidak mengapa, meskipun jumlah asam amino ini melebihi jumlah 20 macam asam amino. Terjadi suatu “kelimpahan” dalam kode genetika, di mana terdapat lebih dari satu kodon memberi kode bagi satu asam amino tertentu. Misalnya asam amino phenilalanin yang merupakan kode terjemahan dari kodon UUU atau UUC. Istilah yang diberikan oleh para ahli genetika pada kelimpahan semacam ini adalah degenerasi atau mengalami redundansi. Dapat dikatakan kode genetik bersifat degeneratif dikarenakan 18 dari 20 asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon, yang disebut kode sinonimus. Hanya metionin dan triptofan yang mempunyai kodon tunggal. Kodon sinonimus mempunyai perbedaan pada urutan basa ketiga.

Selain itu terdapat pula kodon-kodon yang memiliki fungsi yang sama. Misalkan fungsi kodon asam asparat (GAU dan GAS) sama dengan fungsi kodon asam tirosin (UAU,UAS) dan juga triptopan (UGG). Hal ini justru sangat menguntungkan pada proses pembentukkan protein karena dapat menggantikan asam amino yang kemungkinan rusak.

Proses sintesis protein (polipeptida) baru akan diawali apabila ada kodon AUG yang mengkode asam amino metionin, karenanya kodon AUG disebut sebagai kodon permulaan (kode ‘start’).Sedangkan berakhirnya proses sintesis polipeptida apabila terdapat kodon UAA, UAG, dan UGA (pada prokariotik) dan UAA (pada eukariotik). Kodon UAA,UAG, dan UGA tidak mengkode asam amino apapun dan merupakan agen pemotong gen (tidak dapat bersambung lagi dengan double helix asam amino) disebut sebagai kodon terminasi/kodon nonsense (kode ‘stop’).Kode genetik berlaku universal, artinya kode genetik yang sama berlaku untuk semua jenis makhluk hidup.

Dengan adanya kodon permulaan dan kodon terminasi, berarti tidak semua urutan basa berfungsi sebagai kodon. Yang berfungsi sebagai kodon hanyalah urutan basa yang berada di antara kodon permulaan dan kodon terminasi. Urutan basa yang terletak sebelum kodon permulaan dan setelah kodon penghenti tidak dibaca sebagai kodon.

Tabel 4. Kode genetik

2.5 REPLIKASI DNA

1.      Pengertian Replikasi DNA

Replikasi adalah proses duplikasi DNA secara akurat. genom manusia pada satu sel terdiri sekitar 3 milyar dan pada saat replikasi harus diduplikasi secara akurat (persis tidak boleh ada yang salah). Replikasi adalah transmisi vertical (dari sel induk ke sel anak supaya informasi genetik yang diturunkan sama dengan sel induk). Replikasi hanya terjadi pada fase S (pada mamalia), Replikasi terjadi sebelum sel membelah dan selesai sebelum fase M.

Salah satu sumber kesalahan DNA adalah pada kesalahan replikasi yang dipengaruhi oleh berbagai factor, diantaranya karena kondisi lingkungan dan kesalahan replikasi sendiri sehingga menyebabkan terjadinya mutasi. Supaya replikasi sel dari generasi ke generasi tidak terjadi kesalahan maka perlu ada repair DNA. Selain karena kesalahan replikasi, DNA juga sangat rentan terhadap bahan kimia, radiasi maupun panas (hal yang dapat menyebabkan mutasi pada DNA pada saat replikasi).

Replikasi terjadi dengan proses semikonservatif karena semua DNA double helix. Hasil replikasi DNA double strand. Kedua DNA parental strand bisa menjadi template yang berfungsi sebagai cetakan untuk proses replikasi: Semikonservaative process. Primer strand : Pada 3’ dia akan melepaskan 2P dipakai sebagai energy untuk menempelkan, tetapi pada 5’ P tidak bisa dilepas karena ketiga P dibutuhkan sehigga tidak ada energy sehingga tidak pernah terjadi sintesis dari 3’-5’, tetapi dari 5’-3’, jadi yang menambah selalu ujung 3’

Perbedaan Replikasi DNA dan Trankripsi DNA yaitu :

Enzim yang berperan dalam proses transkripsi dan replikasi berbeda Pada proses transkripsi, enzim yang berperan RNA polymerase. transkripsi DNA : terjadi pada saat akan terjadi sintesis protein (ekspresi gen); yang dipakai cetakan hanya salah satu untai DNA(3’-5’)

replikasi DNA : sebelum fase mitosis (fase S) dalam siklus sel; kedua untai induk dipakai sebagai cetakan untuk di replikasi.

2.      DNA polymerase

Pada proses replikasi DNA terdapat enzim sentral, yaitu DNA polymerase. Pada proses replikasi, DNA polymerase hanya bisa menempel pada gugus OH (hidroksil) dimana gugus OH hanya ada pada ujung 3’sedangkan ujung 5’ adalah ujung fosfat. (ciri utama DNA polymerase). Ciri kedua: DNA polymerase tidak bisa mensintesis/ menempelkan DNA ke pasangan-nya kalau tidak ada primer (lokomotif). Sifat dari DNA polymerase dia hanya bisa mensintesis DNA dari arah 5’-3’ sehingga pertumbuhan dari 5’-3’ karena penambahan pada ujung 3’, dimana pada ujung 3’ ada ujung hidroksil.

Ciri lain DNA polymerase: membutuhkan primer, tidak bisa mensintesis DNA tanpa adanya primer, primer yang dipakai adalah RNA (sekitar 4-5 basa dan dilanjutkan DNA). DNA yang dibutuhkan adalah DNA primase untuk meletakkan RNA pada tempatnya. DNA primase untuk mensintesis RNA sebagai lokomotif (4-5 basa). Bila lokomotif sudah jadi maka akan di-take over oleh DNA polymerase, dan yang ditambahkan adalah DNA.

Pada Proses replikasi di butuhkan titik awal (replication origin) biasa di singkat ORI. Contoh pada plasmid (prokariot), terdapat proses replikasi yang dimulai pada replication origin dan mengembang sampai dihasilkan 2 plasmid yang sama persis. Tetapi pada eukariot (mamalia) lebih kompleks tetapi tetap membutuhkan replication origin.

Pada mamalia ada beberapa replication origin (replication bubble) yang akan bergabung satu sama lain. DNA harus terbuka dahulu baru bisa digandakan. Origin replication disebut sebagai unique sequence yang merupakan pertanda sebagai tempat proses/titik mulai terjadinya replikasi, dimana ada protein tertentu yang akan mengenali sequence. Pada bakteri (prokariot) hanya butuh satu titik ORI (origin of replication) sedangkan pada mamalia (eukariot) butuh beberapa ORI karena kalau hanya 1 ORI akan butuh waktu 3 minggu untuk mereplikasi 3 milyard DNA. Sehingga pada mamalia ada 30.000 titik ORI yang bekerja secara bersamaan sehingga fase S untuk replikasi hanya butuh beberapa jam saja.

Untuk replikasi perlu sequence tertentu yaitu yang disingkat (ACS) merupakan urutan basa yang sangat terjaga karena urutan basa tersebut dikenali oleh protein Origin Recognition Complex (ORC) sehingga bila ORC mengenali sequence maka replikasi dapat dimulai. ORI lebih global sedangkan ACS sudah pada sequence (pada urutan basa tertentu). Replikasi terjadi pada fase S sedangkan transkripsi bisa terjadi pada fase S atau G1 dimana terjadi sintesis protein maka bisa terjadi transkripsi.

Saat awal akan di mulainya repliaksi, pada G1 akhir ORC mengenali sequence ACS, kemudian ada molekul lain, juga helikase yang membentuk pre-replicative complex (pre-RC). selanjutnya pada fase S degradasi fosporilasi ORC, degradasi fosforilasi Cdc6 maka terbentuk bubble replication. Helikase membuka pilinan, topoisomerase yang memotong pada titik tertentu.

secara singkat dalam siklus sel : Pada fase G2/M sudah ada 2 copy. Pada fase G1 persiapan, S proses replikasi, G2/M sudah selesai

3.      Proses replikasi DNA

Pertama adanya replication origin, kemudian pembukaan local DNA helix dan adanya RNA primer synthesis. Replikasi:> ORC menempel pada ACS (ORI) :> sehingga pilinan membuka dengan bantuan helikase. Helikase akan menempel untuk membuka pilinan (helix). DNA double helix (bentuk terpilin). Untuk mereplikasi bila bentuknya terpilin tidak akan pernah bisa sehingga perlu dibuka pilinannya. Bila membuka pilinan pada salah satu ujung maka ujung yang lain akan semakin kuat pilinannya sehingga perlu daerah tertentu yang dipotong untuk membuka pilinan tesebut yang dilakukan oleh helikase. Perlu DNA primase untuk membuat RNA primer sintesis, karena DNA polymerase tidak bisa mensintesis tanpa ada primer.

Kemudian terjadi proses replikasi. Karena arah DNA anti parallel maka perlu Leading-strand dan lagging strand. Dari ORI didapatkan 2 replication fork.

Ada ORI dan helikase yang membuka pilinan terus sampai terbentuk replication bubble.

Proses replikasi yang di perlukan utama:

1. ORI

2. Helikase

3. Replication bubble

Selanjutnya perlu primase untuk membuka primary. Merah RNA, Biru DNA. Bubble semakin besar, replikasi berlanjut dan 1 ORI akan membentuk 2 replication fork.

Replication fork pada plasmid

Terdapat 2 parental strand (run occusite direction) yang bersifat antiparalel: 5’-3’ dan 3’-5’. DNA polymerase hanya mensintesis/mempolimerasi dari arah 5’-3’. Satu strain bisa secara kontinyu disintesis yaitu yang 5’-3 (leading strain). Sementara yang 3’-5’ tidak bisa dibentuk, tetapi tetap harus dibentuk dengan 5’-3’, sehingga perlu satu strain yang terbentuk dari small discontinue peaces yang disebut sebagai lagging strain. Small peaces disebut okazaki fragmen.

Pada leading strand karena arahnya sudah dari 5’-3’ maka tinggal menambah saja. Sedangkan pasangannya (lagging strain) karena arahnya 3’-5’ maka hanya diam, tetapi pada titik tertentu akan ditambahkan primase lagi dan akan mensintesis lagi dari arah 5’-3’ (okazaki fragmen: fragmen2 potongan kecil yang terjadi pada saat replikasi pada lagging strain)-> Pada lagging strand arahnya dari 3’-5’

Okazaki fragment: fragment potongan kecil pada saat replikasi yang terjadi pada lagging strand template. Yang terjadi pd Okazaki fragment (OF): kita punya RNA primer sehingga di OF ada RNA-DNA hybrid. Tetapi RNA harus dibuang oleh RNase H. Setelah itu untuk menggantikan RNA dibutuhkan polymerase delta (delta) yang bisa bersifat exonuclease tetapi juga bisa bersifat endonuclease, yaitu mereplace atau menempatkan dNTP. Pada saat RNA dibuang maka akan digantikan dengan DNA polymerase delta yang baru sampai hilang sama sekali. Tetapi masih belum lengkap karena masih ada celah sehingga perlu DNA ligase untuk menempelkan. Akhirnya diperoleh 2 strain yang sama persis.

Protein yang dibutuhkan dalam replication fork yaitu:

- Helicase: fungsinya untuk membuka (unwinding) parental DNA

- Single-stranded DNA-binding protein: untuk menstabilisasi unwinding, untuk mencegah DNA yang single-stranded agar tetap stabil (tidak double straded lagi).

- Topoisomerase: untuk memotong (breakage) pada tempat-tempat tertentu.

DNA Polimerase yang memiliki DNA single-strand binding protein monomer yang bertugas untuk mencegah supaya DNA tidak hanya menempel dengan lawannya tetapi juga bisa membentuk hairpins.

Karena sudah terbuka sehingga ada basa-basa tertentu yang saling berpasangan sehingga terbentuk hairpins. Supaya tidak terbentuk hairpins maka didatangkan single strand binding protein supaya tetap lurus dan tidak berbelok-belok.

Topoisomerase, cirinya memotong DNA pada tempat tertentu sehingga mudah untuk memutar karena sudah dipotong. Tugasnya adalah memasangkan kembali DNA yang terpotong.

Protein aksesori:

Brace protein, : Replication factor C (RFC), supaya DNA polimerasenya menempelnya stabil (tidak mudah terlepas dari DNA template).

Sliding-clamps protein, supaya kedudukannya stabil dan tidak goyang2.

Proses pada leading dan lagging strand berlangsung secara bersamaan, tetapi proses pada lagging bertahap. Ada DNA polimerase dan sliding clamps. Sintesis terjadi pada leading strand terlebih dahulu. Pada tahap tertentu DNA primase akan ditambahkan sehingga clamps-nya datang lagi. Setelah proses replikasi selesai maka RNA akan segera dibuang digantikan dengan DNA yang baru.

Perangkat untuk replikasi: DNA polimerasi, brace, clamp, DNA helicase, single-strand binding protein, primase, topoisomerase.

Setelah direplikasi ujung DNA harus ada telomere (ujung DNA). Bila tidak ada telomere maka kromosom akan saling menempel sehingga kromosom tidak 46 tetapi dalam bentuk gandeng2 (tidak diketahui).

Chromosome end:

Pada lagging strand, di akhir replikasi ujungnya akan dihilangkan, RNA juga akan dihilangkan, sehingga hasil replikasi menjadi lebih pendek. Hal ini terjadi karena menggunakan primer RNA untuk proses replikasi, dan RNA primer setelah replikasi harus dibuang dan tidak bisa digantikan. Untuk mengatasinya maka diadakan telomerase yang dibuat berkali-kali. (slide 76: TTGGGGTTGGGTTGGGG). Telomer dibuat oleh enzim telomerase. Telomer: ujung yang merupakan non coding DNA sehingga kalau memendek tidak akan menjadi masalah karena tidak mengkode apapun. Telomer diadakan untuk mengantisipasi pada saat replikasi karena DNA akan memendek. EXTENDS 3’ PRIMARY GENE --> TELOMERE, dan enzim yang membuatnya : telomerase. Semua sel selain stem sel tidak punya telomere. Pada saat sel replikasi maka akan selalu memendek. Sampai pada suatu titik tertentu yang merupakan signal bagi sel untuk berhenti membelah. Karena kemampuan sel untuk membelah dibatasi oleh panjangnya telomerase. Pada saat telomere memendek sampai batas tertentu maka akan memberikan sinyal bagi sel untuk berhenti membelah. Sedangkan pada stem sel yang memiliki telomerase, maka kemampuan membelahnya tidak terbatas karena pada saat telomere habis maka telomerase akan membentuk telomere baru. Hal ini yang dimanfaatkan oleh sel kanker karena sel kanker memiliki telomerase sehingga sel kanker dapat terus membelah. Manusia memiliki kemampuan replikasi sel yang terbatas karena keterbatasan telomere, shg bila telomere habis sel akan berhenti membelah.

4.      Tahapan-tahapan dalam proses replikasi

§ Inisiasi, DNA dalam sel-sel eukaryotik memiliki ARCs (autonomously replicating sequence) yang berperan sebagai asal muasal replikasi dan mereka saling berlawanan dari asal bakterial (ORI). ARCs terdiri atas 11 pasangan landasan rentetan tambah dua atau tiga rentetan nucleotida pendek tambahan dengan 100 hingga 200 pasangan landasan sepanjang area DNA. Grup utama dari enam protein, secara kolektif dikenal dikenal sebagai ORC (Origin Recognition Complex), mengikat asal muasal replikasi, menandai replikasi DNA dengan tepat pada saat waktu yang sesuai melalui siklus sel. Pengenalan situs awal replikasi, oleh suatu protein komponen polymerase DnaA yang dihasilkan oleh gen dnaA.

§ Terbentuknya Garpu Replikasi. Garpu replikasi atau cabang replikasi (replication fork) ialah struktur yang terbentuk ketika DNA bereplikasi. Garpu replikasi ini dibentuk akibat enzim helikase yang memutus ikatan-ikatan hidrogen yang menyatukan kedua untaian DNA, membuat terbukanya untaian ganda tersebut menjadi dua cabang yang masing-masing terdiri dari sebuah untaian tunggal DNA. Masing-masing cabang tersebut menjadi “cetakan”untuk pembentukan dua untaian DNA baru berdasarkan urutan nukleotida komplementernya. DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan memperpanjang oligonukleotida (RNA) yang dibentuk oleh enzim primase dan disebut primer.

§ Pemanjangan Untaian DNA. DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan menambahkan nukleotida dalam hal ini, deoksiribonukleotida ke ujung 3′ hidroksil bebas nukleotida rantai DNA yang sedang tumbuh. Dengan kata lain, rantai DNA baru (DNA “anak”) disintesis dari arah 5′→3′, sedangkan DNA polimerase bergerak pada DNA “induk” dengan arah 3′→5′. Namun demikian, salah satu untaian DNA induk pada garpu replikasi berorientasi 3′→5′, sementara untaian lainnya berorientasi 5′→3′, dan helikase bergerak membuka untaian rangkap DNA dengan arah 5′→3′. Oleh karena itu, replikasi harus berlangsung pada kedua arah berlawanan tersebut

§ Pembentukan Leading strand. Pada replikasi DNA, untaian pengawal (leading strand) ialah untaian DNA disintesis dengan arah 5′→3′ secara berkesinambungan. Pada untaian ini, DNA polimerase mampu membentuk DNA menggunakan ujung 3′-OH bebas dari sebuah primer RNA dan sintesis DNA berlangsung secara berkesinambungan, searah dengan arah pergerakan garpu replikasi.

§ Pembentukan Lagging strand. Lagging strand ialah untaian DNA yang terletak pada sisi yang berseberangan dengan leading strand pada garpu replikasi. Untaian ini disintesis dalam segmen-segmen yang disebut fragmen Okazaki. Panjang fragmen okazaki mencapai sekitar 2.000 nukleotides panjang dalam sel-sel bakterial dan sekitar 200 panjang nukelotides dalam sel-sel eukaryotic. Pada untaian ini, primase membentuk primer RNA. DNA polimerase dengan demikian dapat menggunakan gugus OH 3′ bebas pada primer RNA tersebut untuk mensintesis DNA dengan arah 5′→3′. Fragmen primer RNA tersebut lalu disingkirkan (misalnya dengan RNase H dan DNA Polimerase I) dan deoksiribonukleotida baru ditambahkan untuk mengisi celah yang tadinya ditempati oleh RNA. DNA ligase lalu menyambungkan fragmen-fragmen Okazaki tersebut sehingga sintesis lagging strand menjadi lengkap.

DNA polymerases tidak mampu ‘mengisi’ ikatan covalent yang hilang. Celah yang tersisa direkat oleh DNA ligase. Enzim ini mengkatalis pembentukan ikatan phosphodiester antara 3’ – OH dari salah satu helaian dari 5’-P dari helaian yang lain.DNA ligase diaktifkan oleh AMP (adenosine monophosphate) sebagai ‘cofactor’ (faktor pengendali). Dalam E.coli, AMP dibawa dari nucleotide NAD+. Dalam sel-sel eukaryotik, AMP ditandai dari ATP. Ligase-ligase tidak dilibatkan dalam pemanjangan rantai; melainkan, mereka berperan pemasang enzim-enzim untuk perekatan ‘celah’ melalui molekul DNA.

§ Modifikasi Post-Replikasi DNA, Setelah DNA direplikasikan, dua helaian tersintesis terbaru dipasangkan ke modifikasi enzimatik. Perubahan-perubahan ini biasanya melibatkan penambahan molekul-molekul tertentu untuk mengkhususkan titik-titik sepanjang helix ganda. Pada cara ini, tags sel, atau label-label, DNA, sehingga ini bisa membedakan material genetiknya sendiri dari berbagai DNA asing yang mungkin bisa masuk ke dalam sel. Modifikasi post-replikasi DNA mungkin juga mempengaruhi cara molekul diikat. DNA merupakan faktor utama modifikasi dengan penambahan kelompok methyl ke beberapa adenine dan residu-residu cytosine. Grup methyl ditambahkan oleh DNA methylasess setelah nucleotides telah digabungkan dengan DNA polymerases.

Penambahan methyl ke cytosine membentuk 5-methylcytosine dan methylasi dari adenine membentuk 6-methyladine. Methyladine lebih umum daripada methylcytosine dalam sel-sel bakterial, di mana dalam sel-sel eukaryotik, grup methyl paling banyak ditambahkan ke cytosine. Methylase muncul hanya pada beberapa rentetan nucleotide khusus. Dalam sel-sel eukaryotik, sebagai contoh, methylasi secara umum muncul pada saat cytosine berdampingan ke guanine di sisi 3’-OH (5’ P-CG-3’OH).Pola methylasi bersifat spesifik untuk spesies yang diberikan, berperan seperti tanda tangan untuk DNA spesies tersebut. Hal ini patut diperhatikan karena grup methy melindungi DNA melawan perlawanan enzim-enzim tertentu disebut ‘restriction endonucleases’ Oleh karena itu DNA asing melalui sebuah sel dicerna dengan ‘restriction endonucleases’. Dalam sel tertentu, ‘restriction endonucleases’ bisa memotong DNA di titik khusus tertentu di mana DNA methylase menambah sebuah grup methyl.

Pola methylasi melindungi DNA dari cernaan oleh sel yang memiliki endonucleases tapi tidak melawan pembatasan enzim-enzim yang diproduksi sel-sel spesies yang lain. Pembatasan ini menyederhanakan pertukaran DNA antar sel dari spesies yang diproduksi sel-sel spesies yang berbeda. Methylasi DNA pada titik-titik tertentu mungkin akan berakhir pada konversi terdekat dari B-DNA ke bentuk-bentuk Z-DNA. Dalam bentuk B-DNA, grup-grup hydropholic methyl dari alur utama, menghasilkan pengaturan yang tepat. Dengan mengubahnya ke bentuk Z, grup-grup methyl membentuk area hydropholik yang membantu menstabilkan DNA. Konversi lokal ini (dari B-DNA ke Z-DNA) mungkin mempengaruhi fungsi beberapa gen.

Dalampenelitiannya,Mendel dapat merumuskan suatu hukumyang dikenaldengan hukum Mendel antara lain :

1.Hukum I Mendel, yaitu hukum segregasimenyatakan bahwa pasangan – pasangan alel selama pembentukan gamet dan berpasangan kembali secara acak pada saat fertilisasi antargamet

2.Hukum II Mendel, yaitu hukum pemisahan bebas menyatakan bahwa pada persilangan dengan dua sifatbeda atau lebihmakasifatyang sepasang tidaktergantung dengan sifat pasangannya

Macam- macam persilangan padahukum mendel :

Persilangan Monohibrid atau Monohibridisasi ialah suatupersilangan persilangan sederhana dengan satusifat beda

Contoh persilangan antara :

Mawar merah bergenotif (MM) , dan

Mawar putih bergenotif (mm)

Persilangan dihibrid atau dihibridisasi ialah suatu persilangan ( pembastaran ) dengan dua sifat beda

Contoh persilangan antara :

Kacang ercis bulat kuning (BBKK),Gen B (bulat) dominan terhadap gen b (kisut)

Kacang ercis kisut hijau (bbkk). Gen K (kuning) dominan terhadap gen k (hijau)

3. Persilangan Trihibrid atau lebih adalah persilangan antar induk yang memiliki tiga atau lebih sifatbeda. Misalnnya, persilangan dua organisme dengan genotif AaBbCc.Kita dapat menentukan bahwa peristiwatersebutmerupakan 3 persilangan monohibridyang terpisah ,yaitu Aa >< Aa,Bb >< Bb,dan Cc >< Cc. Hasil persilangan trihibrid dapat dijelaskan dengan prinsipsegresi dankombinasi alel – alelnya

4. Persilangan Resiprok atau persilangan tukar kelamin adalah persilangan ulang dengan jenis kelamin yang dipertukarkan. Misalnya pada perkawinan monohybrid tanaman jantannya berbiji bulat, sedangkan tanaman betina berbiji keriput. Maka pada perkawinan resiproknya adalah tanaman jantannya berbiji keriput dan tanaman betinanya berbiji bulat.

contoh dapat digunakan percobaan Mendel lainnya

H : gen yang menentukan buah polong berwarna hijau

h : gen yang menentukan buah polong berwarna kuning

contoh : Persilangan resiproknya

P ♀ hh >< ♂ HH P ♀ HH >< ♂ hh

Kuning hijau hijau kuning

F1 Hh F1 Hh

hijau Hijau

serbuk sari : H dan h Serbuk sari : H dan h

sel telur : H dan h Sel telur : H dan h

F2 HH : polong hijau F2 HH : polong hijau

Hh : polong hijau Hh : polong hijau

Hh : polong hijau Hh : polong hijau

hh : polong kuning hh : polong kuning

5. Backcross atau persilangan kembali Ialah persilangan antara hibrid F1 dengan induknya jantan atau betina

Contoh persilangan pada marmot.

B : gen untuk warna hitam

b : gen untuk warna putih

Contoh :

P ♂ BB >< ♀ bb

Hitam Putih

F1 Bb (hitam)

“backcross” ♂ BB >< ♀Bb

F2 Hitam Hitam

♂ ♀	B
B	BB Hitam
B	BB Hitam

6. Persilangan testcrossatau uji silang Ialah persilangan antara hibrid F1 dengan individu yang homozigotik resesif

Jika digunakan induk seperti pada contoh, hibrid

F1 disilangkan dengan induk betina (homozigotik resesif)

Uji silang monohibrid ini menghasilkan keturunan dengan perbandingan fenotip maupun genotip 1 : 1

P ♂ BB >< ♀ bb

Hitam Putih

F1 Bb (hitam)

Uji silang ♂ Bb >< ♀ bb

Hitam putih

♂ ♀	B	b
b	Bb hitam 50%	bb putih 50%

5.      PENYIMPANGAN SEMU HUKUM MENDEL

Hukum I dan II Mendel yang telah dipelajari sebelumnya pada persilangan monohybrid heterozigot akan menghasilkan perbandingan fenotip 3:1, sedangkan persilangan dihibrid heterozigot menghasilkan perbandingan fenotip 9:3:3:1

Pada kenyataannya, kebanyakan sifat yang diturunkan dari induk kepada keturunannya tidak dapat dianalisis dengan cara Mendel yang sederhana.

1)      EPISTASIS dan HIPOTASIS

Epistasis-hipostasis merupakan suatu peristiwa dimana suatu gen dominan menutupi pengaruh gen dominan lain yang bukan alelnya. Gen yang menutupi disebut epistasis, dan yang ditutupi disebut hipostasis.

Contoh: persilangan antara jagung berkulit hitam dengan jagung berkulit kuning.

P : hitam x kuning

HHkk hhKK

F1 : HhKh = hitam

Perhatikan bahwa H dan K berada bersama dan keduanya dominan. Tetapi karakter yang muncul adalah hitam. Ini berarti hitam epistasis (menutupi) terhadap kuning/kuning hipostasis (ditutupi) terhadap hitam

P2 : HhKk x HhKk

F2 : 9 H-K- : hitam

3 H-kk : hitam

3 hhK- : kuning

1 hhkk : putih

Rasio fenotif F2 hitam : kuning : putih = 12 : 3 : 1

2)      POLIMERI

Polimeri adalah suatu gejala dimana terdapat banyak gen bukan alel tetapi mempengaruhi karakter/sifat yang sama.

Polimeri memiliki ciri: makin banyak gen dominan, maka sifat karakternya makin kuat.

Contoh: persilangan antara gandum berkulit merah dengan gandum berkulit putih

P : gandum berkulit merah x gandum berkulit putih

M1M1M2M2 m1m1m2m2

F1 : M1m1M2m2 = merah muda

P2 : M1m1M2m2 x M1m1M2m2

F2 : 9 M1- M2 - : merah – merah tua sekali

3 M1- m2m2 : merah muda – merah tua

3 m1m1M2 - : merah muda – merah tua

1 m1m1m2m2 : putih

• Dari contoh di atas diketahui bahwa gen M1 dan M2 bukan alel, tetapi sama-sama berpengaruh terhadap warna merah gandum.
• Semakin banyak gen dominan, maka semakin merah warna gandum.
• 4M = merah tua sekali
• 3M = merah tua
• 2M = merah
• M = merah muda
• m = putih

Bila disamaratakan antara yang berwarna merah dengan yang berwarna putih, diperoleh:

Rasio fenotif F2 merah : putih = 15 : 1

3)      KRIPTOMERI

Kriptomeri merupakan suatu peristiwa dimana suatu faktor tidak tampak pengaruhnya bila berdiri sendiri, tetapi baru tampak pengaruhnya bila ada faktor lain yang menyertainya.

Kriptomeri memiliki ciri khas: ada karakter baru muncul bila ada 2 gen dominan bukan alel berada bersama

Contoh: persilangan Linaria maroccana

A : ada anthosianin B : protoplasma basa

a : tak ada anthosianin b : protoplasma tidak basa

P : merah x putih

AAbb aaBB

F1 : AaBb = ungu - warna ungu muncul karena A dan B berada bersama

P2 : AaBb x AaBb

F2 : 9 A-B- : ungu

3 A-bb : merah

3 aaB- : putih

1 aabb : putih

Rasio fenotif F2 ungu : merah : putih = 9 : 3 : 4

4)      ATAVISME atau INTERAKSI ALEL

Interaksi alel merupakan suatu peristiwa dimana muncul suatu karakter akibat interaksi antar gen dominan maupun antar gen resesif.

Contoh: mengenai pial/jengger pada ayam

R-pp : pial Ros/Gerigi rrP- : pial Pea/Biji

R-P- : pial Walnut/Sumpel rrpp : pial Single/Bilah

P : Ros x Pea

R-pp rrP-

F1 : RrPp : Walnut

P2 : RrPp X RrPp

F2 : 9 R-P- : Walnut

3 R-pp : Ros

3 rrP- : Pea

1 rrpp : Single

Pada contoh di atas ada 2 karakter baru muncul:

- Walnut : muncul karena interaksi 2 gen dominan

- Singel : muncul karena interaksi 2 gen resesif

Rasio fenotif F2 Walnut : Ros : Pea : Single = 9 : 3 : 3 : 1

5)      KOMPLEMENTER

Komplementer merupakan bentuk kerjasama dua gen dominan yang saling melengkapi untuk memunculkan suatu karakter.

Contoh: perkawinan antara dua orang yang sama-sama bisu tuli

P : bisu tuli x bisu tuli

DDee ddEE

F1 : DdEe = normal

D dan E berada bersama bekerjasama memunculkan karakter normal. Bila hanya memiliki salah satu gen dominan D atau E saja, karakter yang muncul adalah bisu tuli.

P2 : DdEe X DdEe

F2 : 9 D-E- : normal

3 D-uu : bisu tuli

3 ppE- : bisu tuli

1 ppuu : bisu tuli

1st. Tautan

Tautan dapat terjadi pada kromosom tubuh maupun kromosom kelamin. Tautan pada kromosom tubuh disebut tautan autosomal atau tautan non-kelamin. Sedangkan tautan kelamin disebut juga tautan seks.

Misal: AaBbCcDDee, gen A dan B saling bertautan. berapa kemungkinan gamet yang dapat dibentuk?

kemungkinan gamet yang dapat dibentuk = jumlah kemungkinan gamet/jumlah gen yang tertaut

2nd.               Tautan Autosomal

Tautan autosomal merupakan gen-gen yang terletak pada kromosom yang sama, tidak dapat bersegregasi secara bebas dan cenderung diturunkan bersama. Penelitian mengenai tautan dilakukan secara intensif oleh Thomas Hunt Morgan. Beliau adalah orang pertama yang menghubungkan suatu gen tertentu dengan kromosom khusus

Bukti gen tertaut dapat ditemukan pada Drosophila yang di testcross antara lalat buah yang dibedakan dalam dua karakter, yaitu warna tubuh dan ukuran sayap.

3rd.                Tautan Kelamin

Gen tertaut kelamin (sex linked genes) adalah gen yang terletak pada kromosom kelamin dan sifat yang ditimbulkan gen ini diturunkan bersama dengan jenis kelamin. Kromosom kelamin terdiri dari kromosom X dan kromosom Y. Perempuan memiliki susunan XX dan laki-laki XY.

Gen tertaut kromosom X adalah gen yang terdapat pada kromosom X

Gen tertaut kromosom Y adalah gen yang terdapat pada kromosom Y

Dari setiap persilangan, anak jantan akan menerima kromosom X dari induk betinanya. Sedangkan anak betina akan menerima kromosom X dari kedua induknya.

                                              

4th.Pindah Silang

Gen-gen yang mengalami tautan pada satu kromosom tidak selalu bersama-sama pada saat pembentukan gamet melalui pembelahan meiosis. Gen-gen yang tertaut tersebut dapat mengalami pindah silang. Pindah silang (crossing over) adalah peristiwa pertukaran gen-gen suatu kromatid dengan gen-gen kromatid homolognya.

5th.Gen Letal

Gen Letal merupakan gen yang menyebabkan kematian bila dalam keadaan homozigot. Letal dominan disebabkan oleh gen homozigot dominan, sedangkan letal resesif disebabkan oleh gen homozigot resesif

6th.Pewarisan Sifat yang Terpaut dalam Kromosom Seks

Gen yang bertempat pada kromosom seks disebut gen terpaut seks. Sifat gen yang terpaut dalam seks sifatnya bergabung dengan jenis kelamin tertentu dan diwariskan bersama kromosom seks. Umumnya gen terpaut seks terdapat pada kromosom X, tetapi ada juga yang terpaut pada kromosom Y.

1.    Buta warna

Orang yang menderita buta warna tidak dapat membedakan warna-warna tertentu, buta warna merah hijau, tidak mampu membedakan warna merah dan hijau. Buta warna ini dikendalikan oleh gen resesif. Gen ini terpaut dalam kromosom X. Terdapat 5 kemungkinan genotipe, yaitu:

1) X^C X^C : wanita normal

2) X^c X^c : wanita buta warna

3) X^C X^c : wanita pembawa buta warna/karier

4) X^C Y : pria normal

5) X^cY : pria buta warna

Wanita karier atau pembawa artinya wanita yang secara fenotipe normal tetapi secara genotipe dia membawa alel sifat resesif untuk buta warna. Coba kalian buat diagram penurunan sifat, kepada siapa gen buta warna seorang ibu diwariskan. (Ibu buta warna menikah dengan ayah normal).

2.    Hemofilia

Hemofilia merupakan kelainan dimana seseorang darahnya tidak dapat/sulit membeku bila luka. Luka kecil pun dapat menyebabkan penderita meninggal karena terjadi pendarahan yang terus-menerus. Gen yang mengendalikan sifat ini adalah gen resesif dan terpaut dalam kromosom X. Dalam keadaan homozigot resesif gen ini bersifat letal (menimbulkan kematian). Beberapa kemungkinan susunan genotype adalah:

1) X^H X^H : wanita normal

2) X^h X^h : wanita hemofilia bersifat letal

3) X^H X^h : wanita pembawa/karier

4) X^H Y : pria normal

5) X^h Y : pria hemofilia

7th.Golongan Darah Manusia

Golongan Darah Sistem ABO

Penggolongan darah sistem ABO berdasarkan adanya dua macam antigen, yaitu antigen A dan antigen B serta dua macam antibody, yaitu anti-A dan anti-B.

Antigen merupakan glikoprotein yang terdapat pada permukaan sel darah merah

Antibodi merupakan molekul protein yang dihasilkan oleh sel-B (limfosit-B) untuk merespon adanya antigen. Antibodi terdapat pada serum atau cairan darah.

Golongan Darah Sistem MN

Berbeda dengan penggolongan darah sistem ABO, penggolongan darah sistem MN berdasarkan adanya perbedaan salah satu jenis antigen glikoprotein. Antigen glikoprotein ini terdapat pada membran sel darah merah yang disebut glikoforin A.

Golongan Darah Sistem Rhesus

Sistem Rh membagi golongan darah manusia menjadi dua kelompok berdasarkan reaksi penggumpalan antara antigen sel darah merah dengan annti serum Rh. Hasilnya berupa individu dengan golongan Rh positif, dengan genotip RhRh atau Rhrh, memiliki antigen faktor rhesus di dalam sel-sel darah merahnya.

Sebaliknya individu golongan Rh negatif, dengan genotip rhrh, tidak memiliki antigen faktor rhesus di dalam sel-sel darah merahnya.

HUKUM HARDY - WEINBERG

Populasi mendelian yang berukuran besar sangat memungkinkan terjadinya kawin acak (panmiksia) di antara individu-individu anggotanya. Artinya, tiap individu memiliki peluang yang sama untuk bertemu dengan individu lain, baik dengan genotipe yang sama maupun berbeda dengannya. Dengan adanya sistem kawin acak ini, frekuensi alel akan senantiasa konstan dari generasi ke generasi. Prinsip ini dirumuskan oleh G.H. Hardy, ahli matematika dari Inggris, dan W.Weinberg, dokter dari Jerman,. sehingga selanjutnya dikenal sebagai hukum keseimbangan Hardy-Weinberg.

Di samping kawin acak, ada persyaratan lain yang harus dipenuhi bagi berlakunya hukum keseimbangan Hardy-Weinberg, yaitu tidak terjadi migrasi, mutasi, dan seleksi. Dengan perkatan lain, terjadinya peristiwa-peristiwa ini serta sistem kawin yang tidak acak akan mengakibatkan perubahan frekuensi alel.

Deduksi terhadap hukum keseimbangan Hardy-Weinberg meliputi tiga langkah, yaitu :

(1) Dari tetua kepada gamet-gamet yang dihasilkannya

(2) Dari penggabungan gamet-gamet kepada genotipe zigot yang dibentuk

(3) Dari genotipe zigot kepada frekuensi alel pada generasi keturunan.

Secara lebih rinci ketiga langkah ini dapat dijelaskan sebagai berikut.

Kembali kita misalkan bahwa pada generasi tetua terdapat genotipe AA, Aa, dan aa, masing-masing dengan frekuensi P, H, dan Q. Sementara itu, frekuensi alel A adalah p, sedang frekuensi alel a adalah q. Dari populasi generasi tetua ini akan dihasilkan dua macam gamet, yaitu A dan a. Frekuensi gamet A sama dengan frekuensi alel A (p). Begitu juga, frekuensi gamet a sama dengan frekuensi alel a (q).

Dengan berlangsungnya kawin acak, maka terjadi penggabungan gamet A dan a secara acak pula. Oleh karena itu, zigot-zigot yang terbentuk akan memilki frekuensi genotipe sebagai hasil kali frekuensi gamet yang bergabung. Pada Tabel 15.1 terlihat bahwa tiga macam genotipe zigot akan terbentuk, yakni AA, Aa, dan aa, masing-masing dengan frekuensi p², 2pq, dan q².

Tabel 15.1. Pembentukan zigot pada kawin acak

		Gamet-gamet Edan frekuensinya
		A(p)	a(q)
Gamet-gamet G dan frekuensinya	A (p)	AA(p2)	Aa(pq)
	a (q)	Aa(pq)	aa(q2)

Oleh karena frekuensi genotipe zigot telah didapatkan, maka frekuensi alel pada populasi zigot atau populasi generasi keturunan dapat dihitung. Fekuensi alel A = p²+ ½ (2pq) = p² + pq = p (p + q) = p. Frekuensi alel a = q²+ ½ (2pq) = q² + pq = q (p + q) = q. Dengan demikian, dapat dilihat bahwa frekuensi alel pada generasi keturunan sama dengan frekuensi alel pada generasi tetua.

Kita ketahui bahwa frekuensi gene pool dari generasi ke generasi pada waktu ini (populasi hipotesis) adalah 0,9 dan 0,1; dan perbandingan genotip adalah 0,81; 0,81; dan 0,01. Dengan angka – angka ini kita akan mendapatkan harga yang sama pada generasi berikutnya. Hasil yang sama ini akan kita jumpai pada generasi seterusnya, frekuensi genetis dan perbandingan genotip tidak berubah. Dapat kita simpulkan bahwa perubahan evolusi tidak terjadi. Hal ini dapat diketahui oleh Hardy (1908) dari Cambrige University dan Weinberg dari jerman yang bekerja secara terpisah.

Secara singkat dikatakan di dalam rumus Hardy-Weinberg

“Di bawah suatu kondisi yang stabil, baik frekuensi gen maupun perbandingan genotip akan tetap (konstan) dari generasi ke generasi pada populasi yang berbiak secara seksual”

Kondisi yang Diperlukan untuk Keseimbangan Genetis

Perlu diteliti apakah yang dimaksud dengan kondisi pada hokum Hardy – Weinberg, sehingga menyebabkan gene pool dari suatu populasi berada di dalam keseimbangan genetis. Kondisi tersebut digambarkan sebagai berikut:

• Populasi harus cukup besar, sehingga suatu faktor kebetulan saja tidak mungkin mengubah frekuensi genetis secara berarti.
• Mutasi tidak boleh terjadi, atau harus terjadi keseimbangan secara mutasi.
• Harus tidak terjadi emigrasi dan imigrasi.
• Reproduksi harus sama sekali sembarang (random).

Secara teoritis, suatu populasi harus begitu besar sehingga dapat dianggap bukan merupakan faktor penyebab dari perubahan frekuensi genetis. Dalam kenyataan, tidaklah ada populasi yang besarnya tidak terbatas, tetapi beberapa populasi alami dapat cukup besar sehingga perubahan sedikit saja tidak cukup menjadi penyebab dari perubahan yang berarti pada frekuensi genetis gene pool mereka.

Suatu populasi produktif yang terdiri lebih dari 10.000 anggota yang dapat berbiak, mempunyai kemungkinan besar tidak dipengaruhi secara berarti oleh perubahan sembarang, yang dapat menuju kepada lenyapnya suatu alel dari gene pool, meskipun alel itu merupakan alel superior. Di dalam populasi yang demikian, ternyata hanya terdapat sangat kecil alel yang mempunyai frekuensi antara, rupanya semua alel itu mempunyai kecenderungan untuk hilang dengan segera atau tertahan sebagai satu – satunya alel yang ada. Dengan perkataan lain, populasi kecil mempunyai kecenderungan besar untuk menjadi homozigot, sedangkan populasi besar cenderung untuk lebih bermacam – macam.

Jadi suatu kesempatan dapat menyebabkan perubahan evolusi di dalam populasi kecil, tetapi perubahan ini kadang – kadang disebut juga genetic drift atau pergeseran genetis tidak dipengaruhi secara besar oleh adaptivitas relative dari berbagai gen. Hal ini disebut sebagai evolusi pertengahan (intermediate evolution). Syarat kedua bagi keseimbangan mutasi mungkin tidak dijumpai pada suatu populasi.

Mutasi maju

Mutasi selalu terjadi, tidak ada suatu cara apapun untuk mencegahnya. Hampir semua gen mungkin mengalami mutasi sekali pada 50.000 sampai 10.000 pembelahan, kecepatan mutasi pada berbagai macam gen berbeda. Sangat jarang mutasi alel dengan sifat sama dapat sampai mencapai keseimbangan. Jadi jumlah mutasi maju jarang sekali sama dengan mutasi balik di dalam suatu kesatuan waktu. Contoh mutasi alel A ke alel a adalah mutasi maju, sedangkan mutasi dari a ke A adalah mutasi mundur.

Mutasi mundur

Kecepatan dari kedua mutasi ini jarang sekali akan terjadi dalam keadaan yang sama - sama betul sama, salah satu mutasi yang akan terjadi lebih sering. Tekanan mutasi ini akan cenderung untuk menyebabkan pergeseran perlahan – lahan pada frekuensi genetis di dalam populasi. Alel yang lebih stabil akan cenderung untuk bertambah frekuensinya, sedangkan alel yang mudah bermutasi akan cenderung untuk berkurang frekuensinya, kecuali kalau ada faktor lain yang mengubah tekanan mutasi ini. Meskipun tekanan mutasi selalu ada, tetapi mungkin sekali bahwa ini merupakan faktor utama yang dapat menghasilkan perubahan pada frekuensi genetis di dalam suatu populasi. Mutasi berjalan begitu lambat sehingga kalau bereaksi secara tunggal akan membutuhkan waktu yang lama sekali untuk menimbulkan suatu perubahan yang nyata (kecuali dalam hal poliploid). Mutasi terjadi secara sembarang (random) dan seringkali cenderung untuk mengarah pada jurusan yang berbeda dari faktor – faktor lain yang menyebabkan organism sesungguhnya harus berevolusi.

Mutasi mempertinggi variabilitas sehingga dengan demikian merupakan bahan (raw material) yang segera ada untuk evolusi, tetapi jarang menentukan arah atau sifat dari perubahan evolusi.

Kalau gene pool harus dalam keadaan seimbang, sudah barang tentu imigrasi dari populasi lain tidak boleh terjadi kalau hal ini akan menyebabkan terjadinya pemasukan gen baru. Hilangnya gene pool secara emigrasi harus tidak boleh terjadi. sebagian besar populasi alami mungkin paling sedikit mengalami migrasi genetis di dalam jumlah yang sangat kecil, dan faktor ini menambah terjadinya variasi yang cenderung untuk mengacaukan keseimbangan Hardy-Weinberg. Sangat disangsikan akan adanya suatu populasi yang bebas dari migrasi genetis dan pada beberapa kejadian dimana migrasi genetis terjadi, hal ini terjadi begitu kecil sehingga dapat diabaikan sebagai faktor yang menyebabkan pergeseran frekuensi genetis. Itulah sebabnya dapat kita simpulkan bahwa syarat ketiga untuk keseimbangan genetis kadang – kadang terjadi di alam.

Kondisi untuk keseimbangan genetis di dalam populasi adalah perkembangbiakan atau reproduksi yang random. Reproduksi atau perkembangbiakan tidak hanya bertanggung jawab atas kelangsungan reproduksi dari suatu populasi. Seleksi pasangan, efisiensi dan frekuensi proses perkawinan, fertilitas, jumlah zigot yang terjadi pada setiap perkawinan, prosentase zigot yang menuju kea rah pertumbuhan embrio dan kelahiran berhasil, kemampuan hidup keturunan sampai mencapai umur berbiak. Hal tersebut mempunyai pengaruh langsung pada keturunannya dalam arti keselamatan atau efisiensi dari reproduksi. Bila reproduksi merupakan sesuatu yang sama sekali random, maka semua faktor yang mempengaruhi harus random, yakni tidak terganggu dari genotip.

Keadaan tersebut di atas mungkin tidak dijumpai pada suatu populasi. Faktor – faktor tersebut mungkin selalu berhubungan dengan genotip, yakni genotip dari organisme yang mempengaruhi pasangannya dan semua hal yang disebutkan di atas. Secara singkat dapat dikatakan bahwa tidak ada aspek reproduksi yang sama sekali tidak mempunyai hubungan dengan genotip.

Reproduksi tidak sembarang (nonrandom) adalah hokum umum. Reproduksi di dalam arti luas adalah seleksi alam. Jadi seleksi selalu bekerja pada semua populasi. Sehingga kalau kita simpulkan, empat kondisi yang diperlukan untuk keseimbangan genetis yang diusulkan oleh hokum Hardy-Weinberg adalah:

• Ditemukan pada populasi besar.
• Tidak pernah dijumpai mutasi.
• Tanpa migrasi.
• Reproduksi random tidak pernah dijumpai.

Suatu keseimbangan yang lengkap di dalam gene pool tidak pernah dijumpai, perubahan secara evolusi adalah sifat – sifat fundamental dari kehidupan suatu populasi.

Peranan Seleksi Alam

Setelah ditemukan daya antibiotik dari penisilin, kemudian diketahui pula bahwa suatu bakteri yang disebut Staphylococcus aureus dapat dengan cepat tumbuh resistan terhadap antibiotic tersebut. Akan dibutuhkan dosis yang lebih tinggi lagi untuk membunuh bakteri tersebut, jadi nyatalah bahwa di bawah pengaruh seleksi penisilin yang kuat, maka populasi bakteri mengalami perubahan secara evolusi. Fenomena ini telah diselidiki secara mendalam di laboratorium secara eksperimental. Pada eksperimen tersebut menujukkan, kultur dari berjuta – juta bakteri mati, dan hanya beberapa yang dapat hidup terus. Kalau sisa bakteri yang hidup ini dikenai penisilin dari dosis yang sama, maka hampir semua bakteri dapat hidup.

Gen untuk kekebalan mungkin telah ada pada populasi sebelum percobaan di atas dimulai, dan antibiotic hanyalah membunuh bakteri yang tidak mempunyai gen ini, yang ditinggalkan hanyalah bakteri yang mempunyai gen kekebalan. Dengan perkataan lain, penisilin mungkin hanya melakukan suatu tekanan seleksi yang kuat terhadap gen yang tidak kebal, sehingga menyebabkan adanya pergeseran besar pada frekuensi tersebut.

Dari beberapa percobaan diketahui bahwa keterangan pertama rupanya benar. Obat ini tidak menyebabkan adanya mutasi untuk kekebalan, hanya mengadakan seleksi terhadap bakteri yang tidak kebal. Beberapa gen yang menentukan jalan metabolism yang menyebabkan resistensi terhadap penisilin sudah ada di dalam kebanyakan populasi pada frekuensi rendah yang muncul mula – mula sekali sebagai hasil mutasi sembarang. Seandainya gen semacam itu belum ada pada populasi yang terkena penisilin, tidak akan ada sel dari populasi yang dapat hidup dan populasi tersebut akan tersapu bersih.

Hal tersebut di atas, tidak berarti bahwa mutasi baru tidak dapat memperbaiki kekebalan, malahan seleksi terus menerus oleh penisilin biasanya menuju ke arah penambahan resistensi secara gradual. Hal ini sudah hampir dipastikan sebagai hasil dari mutasi. Tetapi mutasi tidak dihasilkan oleh kondisi sama yang menyeleksi gen mutan yang telah timbul.

Keuntungan mutasi pada suatu keadaan keliling yang mengandung penisilin dapat timbul sewaktu obat itu dimasukkan sebagai hal yang terjadi secara kebetulan. Sebab mutasi yang serupa dapat juga timbul meskipun penisilin tidak ada. Evolusi resistensi obat pada bakteri tidak dapat disamakan seluruhnya pada evolusi organisme biparental, sebab seleksi yang hebat dapat mengubah frekuensi genetis lebih cepat pada organism haploid aseksual daripada organisme biparental.

Rekombinasi yang terjadi pada setiap generasi pada spesies biparental sering menimbulkan kembali genotip yang hilang pada generasi sebelumnya. Hal ini tidak akan terjadi pada organisme aseksual. Tetapi bagaimanapun juga, suatu tekanan seleksi yang sangat kecil dapat menimbulkan suatu pergeseran besar pada frekuensi gen suatu populasi biparental kalau jangka waktunya mencapai 50.000 tahun (meskipun waktu ini relative sangat pendek). Hal tersebut pernah diperhitungkan Haldane bahwa jika suatu alel dominan yang memperkuat suatu individu dibawa oleh satu bagian dari 1000 (misalnya 1000 individu dari AA yang dapat hidup dan berbiak untuk alel dominan dapat bertambah dari alel resesif).

Joe Hin Tjio

Joe Hin Tjio (蔣有興[1]/ 蒋有兴 / Jiǎng Yǒuxìng)
Lahir	2 November 1919 Jawa, Hindia Belanda
Meninggal	27 November 2001 Gaithersburg, Maryland, Amerika Serikat
Bidang	Sitogenetika
Institusi	National Institute of Health
Alma mater	Institut Pertanian Bogor
Dikenal karena	Penemuan kromosom manusia berjumlah 23 pasang
Penghargaan	International Prize Award winner dari Joseph P. Kennedy, Jr. Foundation.

Joe Hin Tjio adalah seorang ilmuwan genetika kelahiran Indonesia, yang menemukan bahwakromosom manusia berjumlah 23 pasang. Tjio yang dilahirkan di Pulau Jawa pada 2 November 1919, lebih sering dikenal sebagai ahli sitogenetika Amerika karena selama 23 tahun terakhir hidupnya dihabiskan di Institut Kesehatan Nasional (National Institute of Health), Amerika Serikat.

Latar Belakang

Tjio dilahirkan dari keluarga Tionghoa pada zaman pendudukan Hindia Belanda. Tjio kecil sering membantu ayahnya yang berprofesi sebagai fotografer dengan mencetak foto di dalam ruang gelap. Dia menuntut ilmu di sekolah penjajahan Belanda yang mengharuskannya untuk mempelajari bahasa Perancis, Jerman, Inggris, dan Belanda, selain bahasa nasionalnya, yaitu Indonesia. Saat melanjutkan pendidikannya di Sekolah Ilmu Pertanian, Bogor, Tjio mendalami bidang pertanian (agronomi)dan memusatkan penelitiannya pada pengembangan tanaman hibrida yang tahan terhadap penyakit.

Ketika terjadi Perang Dunia II pada tahun 1942, Tjio dipenjara selama 3 tahun oleh kolonial Jepang yang ketika itu berkuasa di Indonesia. Tjio mendekam di kamp konsentrasi dan disiksa akibat memberikan bantuan medis kepada penduduk yang membutuhkan. Setelah perang usai, dia berlayar menggunakan perahu Palang Merah yang diperuntukkan bagi pengungsi untuk berlayar ke Belanda. Negara tersebut menyediakan beasiswa untuknya di Eropa. Pada 3 bulan pertama, Tjio mendapatkan bantuan dari kerabat teman-teman yang pernah ditolongnya di penjara dan kemudian, dia dapat melanjutkan pekerjaannya di bidang pemuliaan tanaman (plant breeding) di kota Royal Danish Academy, Copenhagenselama 6 bulan. Sejak tahun 1948-1959, Tjio mendapatkan kesempatan dari pemerintah Spanyol untuk bekerja pada program pengembangan tanaman mereka. Dia mengepalai penelitian sitogenetika diZaragoza dan pada setiap masa liburan, Tjio pergi ke Universitas Lund, Swedia, di mana ia memulai kerjasama untuk mempelajari jaringan sel mamalia dengan Institute of Genetics yang dikepalai Albert Levan.

Di Universitas Lund inilah, Tjio bertemu dengan Inga Bjorg Arna Bildsfell, seorang ilmuwan di bidangbotani dan geologi yang sedang menempuh pendidikan doktoralnya di univesitas yang sama. Pada tahun 1948, dia menikah dengan Inga dan memiliki seorang anak laki-laki bernama Yu-Hin Tjio.

Penemuan 23 pasang kromosom manusia

23 pasang kromosom pria.

Pada tahun 1921, Theophilus Painter secara tidak sengaja menemukan cara untuk mengamati dan menghitung jumlah kromosom pada manusia. Dia mengamati sel testis dari dua pria kulit hitam yang meminta dikebiri dengan cara membuat sayatan tipis dan diproses dengan larutan kimia. Setelah diamati di bawah mikroskop, Painter menemukan adanya serabut-serabut kusut yang ternyata adalah kromosom tak berpasangan pada sel testis dan jumlahnya 24 pasang. Selama hampir 30 tahun, para ilmuwan menyakini temuan tersebut dan mereka juga melakukan penghitungan dengan cara lain yang juga mendapatkan hasil 24 pasang kromosom manusia.

Pada 22 Desember 1955, Joe menghasilkan suatu penemuan secara kebetulan ketika dia sedang memisahkan kromosom dari inti sel (nukleus) sejumlah sel. Dia mencoba mengembangkan suatu teknik untuk memisahkan kromosom di preparat (slide) kaca. Ketika preparat tersebut diamati di bawahmikroskop, dia menemukan hasil yang mengejutkan, yaitu terdapat 46 kromosom (23 pasang) pada jaringan embrionik paru-paru manusia. Joe kemudian menuliskan temuannya dalam Scandinavian journal Hereditas, pada 26 January 1956. Di masa itu, merupakan suatu kewajiban di Eropa untuk menuliskan nama kepala lab sebagai penulis utama sebagai pengakuan/penghormatan atas bimbingan dan dukungan yang diberikan lab tersebut, namun Tjio menolak untuk melakukannya. Dia mengancam akan membuang karyanya bila tidak ditempatkan sebagai penulis utama pada jurnal temuan tersebut hingga akhirnya nama Tjio tercantum sebagai penulis utama (first author), sedangkan Albert Levan sebagai penulis pendamping (co-author).[2]

Teknik yang dikembangkannya untuk pengamatan kromosom pada manusia merupakan salah satu temuan besar di bidang sitogenetika (cabang ilmu genetika yang mempelajari hubungan antarahereditas dengan variasi dan struktur kromosom). Tjio membantu pengembangan sitogenetika menjadi salah satu bidang penting dalam bidang medis pada tahun 1959 seiring dengan penemuan kromosom tambahan pada penderita sindrom down yang menghasilkan. Dia menunjukkan bahwa ada kaitan antara kromosom abnormal dengan penyakit tertentu.

Karier

Setelah penemuannya mengenai jumlah tepat kromosom manusia, Tjio sering mendapatkan undangan untuk mengajar atau membawakan seminar. Pada kongres internasional mengenai genetika manusia (International Human Genetics Congress) di Copenhagen tahun 1956, Tjio mendapatkan tawaran untuk pindah dan bekerja di Amerika Serikat dari Herman Muller, peraih Nobel di bidang genetika dan profesor di Universitas Indiana. Awalnya, Tjio sempat menolak sebelum pada akhirnya ia menyetujui untuk mengembangkan penelitiannya di Universitas Colorado pada tahun 1957. Beberapa saat kemudia, dia bergabung dengan Institut Nasional Artritis dan Laboratorium Penelitian Patologi terhadap Penyakit Metabolik di Bethesda, Maryland - Amerika Serikat. Bersama dengan Institut Kesehatan Nasional Amerika (National Institutes for Health), Tjio mengembangkan penelitiannya mengenai kromosom dan mempelajari lebih dalam kaitannya dengan leukimia dan keterbelakangan (retardasi) mental.[5]

Pada 6 Desember 1962, Tjio menerima International Prize Award winner dari yayasan Joseph P. Kennedy, Jr. yang diberikan secara langsung oleh Presiden AS saat itu, John F. Kennedy untuk karyanya dalam bidang keterbelakangan mental. Pada Februari 1992, Tjio pensiun dengan status sebagai ilmuwan emeritus. Pada usianya yang ke-78 (1997), Tjio berpindah dari tempat tinggalnya di dekat NIH ke Asbury Methodist Village, suatu kompleks pensiunan di daerah Gaithersburg, Maryland. Hingga pada 27 November 2001, Tjio meninggal pada usia 92 tahun.