Bab 01 Pengantar

Pokok Bahasan: I P e n g e l o m p o k a n Jasad H i d u p » Cakupan Biologi Molekular\ Definisi biologi \ regulosi molekular p e r t a m a kali digunakan o l e h W i l l i a m A s t b u r y pada t a h u n 1 9 4 5\ molekular |! l\ u n t u k m e n j e l a s k a n s t r u k t u r k i m i a d a n fisika m a k r o m o l e k u l biologis. D e n g a n \" p e r k e m b a n g a n biologi m o d e r n , cakupan biologi m o l e k u l a r kini tidak lagi hanya sebatas struktur kimia atau fisika, melainkan juga fungsi dan organisasi m a k r o m o l e k u l tersebut di dalam jasad hidup serta interaksi a n t a r k o m p o n e n selular. Beberapa penulis m e m b u a t batasan mengenal biologi molekular secara l e b i h s e m p i t , y a i t u suatu ilmu yang m e m p e l a j a r i organisasi, a k t i v i t a s dan regulasi gen p a d a aras molekul. T e r m a s u k d i d a l a m b a t a s a n i n i a d a l a h k a j l a n mengenal replikasi D N A , transkripsi, translasi, rekombinasi, dan translokasi. Biologi molekular sebenarnya merupakan disiplin ilmu yang perkembangannya tidak dapat dilepaskan dari perkembangan ilmu-llmu lain. Bidang-bldang Ilmu seperti biologi sel, genetika, biokimia, kimia organik, dan biofisika merupakan ilmu-llmu yang secara langsung memengaruhi perumusan biologi molekular sebagai sebuah disiplin ilmu yang akhirnya berkembang secara mandiri. Sebaliknya, studi aspek molekular fenomena biologis akhirnya juga memacu perkembangan disiplin ilmu yang lain. O l e h karena Itu, seringkali ada wilayah ilmu-llmu tersebut yang saling bersinggungan satu sama lain. Pada dasarnya bidang-bldang Ilmu tersebut mempelajari satu subjek yang sama yaitu jasad hidup, namun dengan pendekatan dan sudut pandang yang berbeda. Dengan demikian dapat dimengerti bahwa keterkaitan dan persinggungan di antara disiplin-disiplin ilmu tersebut merupakan suatu kewajaran.

.J 2 Biologi MolekularPenge^Iompokan Jasad Hidup Pada dasarnya jasad hidup (organisme) dapat dibedakan menjadi dua k e l o m p o k Dua kelompok besar y a i t u : ( 1 ) jasad hidup selular, d a n (2) jasad hidup nonselular (bukan besarjasad hidup selular). Jasad hidup selular t e r s u s u n atas s a t u a n ( u n i t ) y a n g b e r u p a sel. S e l Definisi Virus m e m p u n y a i b e r m a c a m - m a c a m k o m p o n e n subselular d a n organel y a n g t e r o r g a n l s a s i Jasad hidup dalam satu kesatuan yang padu. Beberapa c o n t o h jasad hidup selular adalah berdasarkan satuan dasar bakteri, jamur, tumbuhan, hewan, dan manusia. indlvidu\ Jasad hidup y Dalam hal tertentu batasan jasad hidup seringkali tidak dapat diterapkan\ berdasarkan organisasi dan secara pasti, misalnya pada virus atau bakteriofag yang merupakan kelompok struktur rinci sel jasad hidup nonselular. V i r u s a d a l a h parasit obligat s e h i n g g a h a n y a m e n u n j u k k a n ciri-ciri kehidupan jika berada didalam sistem biologis (jasad selular) yang sesual. Satuan dasar v i r u s d i s e b u t virion dan u n t u k m e n y e b u t e n t i t a s v i r u s biasanya d i g u n a k a n i s t i l a h partikel virus. O l e h k a r e n a s i f a t n y a y a n g p a r a s i t o b l i g a t m a k a virus seringkali dianggap sebagai batas antara jasad hidup dan jasad mati. Meskipun demikian, partikel virus dan k o m p o n e n genetiknya juga terorganlsasi secara rapi. Masing-masing k o m p o n e n selular dan organel jasad hidup mempunyai fungsi dan organisasi yang spesifik. Secara u m u m dapat dikatakan bahwa organisasi sel atau k o m p o n e n n y a akan menentukan fungslnya. Dalam proses kehidupan jasad hidup seringkali terjadi perubahan pada organisasi sel atau k o m p o n e n n y a , misalnya karena pengaruh faktor lingkungan. Jika salah satu k o m p o n e n dasar sel, misalnya D N A , mengalami perubahan organisasi karena mutasi, maka dapat terjadi per- ubahan fungsi selular. Perubahan fungsi selular akan mempunyai implikasi terhadap jasad hidup yang bersangkutan, misalnya munculnya gejala p e r t u m b u h a n sel atau jaringan yang tidak terkendali. Meskipun demikian, adacontoh-contoh kasus perubahan organisasi selular atau subselular yang tidak diikuti oleh perubahan fungsi selular secara nyata. Beberapa tipe mutasi, misalnya, tidak selalu akan m e n g h a s i l k a n p e r u b a h a n f e n o t i p e p a d a jasad k a r e n a m u t a s i n y a b e r s i f a t s/7ent niutation. Organisasi selular pada akhirnya akan m e n e n t u k a n ciri khas jasad hidup, baik dalam pengertian struktur kimia/biokimia dan fisiknya maupun dalam fisiologi p e r t u m b u h a n d a n p e r k e m b a n g a n n y a . D i t l n j a u d a r i s e g i satuan dasar indlvidu, jasad h i d u p d a p a t d i b e d a k a n m e n j a d i d u a k e l o m p o k , y a i t u ( 1 ) jasad bersel tunggal (unicellular) d a n ( 2 ) jasad b e r s e l b a n y a k ( m u l t i c e l l u l a r ) . A r t i n y a , satu indlvidu j a s a d b e r s e l t u n g g a l t e r d i r i a t a s satu sel, s e d a n g k a n satu indlvidu j a s a d b e r s e l b a n y a k t e r d i r i a t a s banyak sel y a n g t e r o r g a n l s a s i s e c a r a s p e s l f i k . J a s a d b e r s e l tunggal misalnya bakteri, sedangkan jasad bersel banyak misalnya t u m b u h a n tingkat tinggi. Dalam contoh ini, satu selbakteri adalah satu indlvidu, sedangkan satu satuan lengkap tumbuhan (akar, batang, daun) merupakan satu indlvidu. Organisasi dan struktur rinci jasad hidup menunjukkan adanya perbedaan- perbedaan mendasar dalam hal morfologi maupun reaksi molekular yang terjadi di dalam jasad bersel tunggal maupun jasad bersel banyak. Berdasarkan atas organisasi dan struktur rinci sel, m a k a j a s a d h i d u p s e l u l a r d i b e d a k a n l e b i h l a n j u t m e n j a d i dua k e l o m p o k , yaitu: ( 1 ) prokaryot, dan (2) eukaryot.

Bab 1 Pengaotar , 3 r *\" C i r i u t a m a j a s a d p r o k a r y o t y a i t u b e l u m a d a p e m b a g i a n r u a n g (compart-mentalization) y a n g j e l a s d i a n t a r a k o m p o n e n - k o m p o n e n s e l n y a . S e m u a k o m p o n e nsel p r o k a r y o t , t e r m a s u k bahan genetiknya, terletak di dalam sitoplasma. H a l Init e r j a d i k a r e n a b e l u m a d a m e m b r a n i n t i s e l / n u k l e u s (prokaryot b e r a s a l d a r i k a t ap r o d a n karyor) y a n g a r t i n y a i n t i s e l ) . S e l a i n i t u , d i d a l a m s e l p r o k a r y o t b e l u mada organel yang speslfik. Dengan demikian, bahan genetik jasad prokaryotmempunyai hubungan (akses) yang langsung dengan k o m p o n e n lain yang digunakandalam proses ekspresi genetik. Organisasi semacam Ini mempunyai implikasiyang besar dalam proses reaksi molekular di dalam jasad prokaryot. Pada k e l o m p o k eukaryot, organisasi k o m p o n e n selnya jauh lebih t e r a t u rkarena sudah adapembagian ruang yang jelas antara k o m p o n e n sel yang satudengan k o m p o n e n sel lalnnya. Bahan genetik jasad eukaryot berada di dalams u a t u s t r u k t u r nukleus y a n g m e m p u n y a i membran nukleus s e h i n g g a a l u r i n f o r m a s igenetiknya berbeda dari jasad prokaryot. K o m p o n e n - k o m p o n e n sel yang lainjuga sudah dikemas di dalam organel-organel khusus. Kelompok eukaryot masihd a p a t d i b e d a k a n l a g ! m e n j a d i ( 1 ) e u k a r y o t t i n g k a t r e n d a h (lower eukaryot)d a n ( 2 ) e u k a r y o t tingkat tinggi (higher eukaryot). S e c a r a u m u m d a p a t d i k a t a k a nbahwa proses reaksi molekular yang terjadi di dalam jasad eukaryot tingkatrendah dan eukaryot tingkat tinggi mempunyai kemiripan yang besar. Meskipundemikian, juga diketahui bahwa ada perbedaan yang sangat mendasar di antarakedua kelompok jasad eukaryot tersebut. Salah satu contoh perbedaan tersebuta d a l a h a d a n y a p r o s e s diferensiasi sel p a d a j a s a d e u k a r y o t t i n g k a t t i n g g i , s e d a n g k a npada eukaryot tingkat rendah tidak ada. C o n t o h jasad eukaryot tingkat rendaha d a l a h k h a m i r Saccharomyces cerevisiae, s e d a n g k a n c o n t o h e u k a r y o t t i n g k a t t i n g g iadalah t u m b u h a n tingkat tinggi. Jasad e u k a r y o t tingkat rendah juga dapat d i -bedakan atas dasar satuan dasar individunya, yaitu ada eukaryot tingkat rendahb e r s e l t u n g g a l d a n a d a y a n g b e r s e l b a n y a k . D a l a m c o n t o h i n i k h a m i r S. cerevisiaemerupakan contoh eukaryot bersel tunggal, sedangkan contoh eukaryot tingkatr e n d a h b e r s e l b a n y a k m i s a l n y a j a m u r ( f u n g i ) Penicillium. Meskipun dalam buku ini organisme selular secara u m u m hanya dibagi menjadidua kelompok besar, yaitu prokaryot dan eukaryot, namun bukd-bukti molekularyang ditemukan beberapa tahun terakhir menunjukkan ada domain atau kelompokjasad hidup ketiga, yaitu Archaea. Sebelumnya k e l o m p o k ini dimasukkan dalamkelompok prokaryot, namun penelitian menunjukkan bahwa sifat-sifat molekularjasad ini lebih menyerupai eukaryot daripada prokaryot. Archaea pada u m u m n y am e r u p a k a n k e l o m p o k j a s a d extremophi/e, y a i t u o r g a n i s m e y a n g h i d u p d a l a mkondisi ekstrem, misalnya dalam suhu tinggi, dalam kadar garam yang tinggi, danIain-Iain. Penelitian intensif selama bertahun-tahun menunjukkan bahwa perbedaanstruktural d a n organisasi selular antara jasad yang satu dengan jasad yang lainmempunyai dasar molekular yang tertentu. Meskipun demikian, dl antara jasad-jasad hidup tersebut juga ditemukan kemiripan pada banyak hal yang menunjuk-kan adanya hubungan evolusioner satu sama lain.

4^4 B i o l o g i M o l e k u l a r Buku Inimenunjukkan dan membahas dasar-dasar molekular struktur dan organisasi jasad hidup serta proses reaksi molekular-selular yang menentukan kehidupan suatu jasad hidup. Contoh Soal Sebutkan k e l o m p o k jasad yang ada d i alam. ]awabon: Jasad (hidup) di alam dibedakan menjadi j a s a d s e l u l a r dan j a s a d n o n s e l u l a r . Jasad selular adalah jasad hidup yang satuan dasarnya adalah sel. Jasad selular terdiri atas dua k e l o m p o k besar, yaitu s e l p r o k a r y o t dan sel e u k a r y o t . Jasad nonselular meliputi berbagai m a c a m v i r u s . Satuan dasar virus adalah b u k a n sel, melainkan v i r i o n yang sangat berbeda secara struktural dibandingkan dengan sel karena hanya tersusun atas struktur sederhana, yaitu bahan genetik dan selubung (kapsid).Cakupan Biologi Molekular\ Batas-batas Seperti telah disinggung di depan, banyak aspek biologi yang dipelajari dalam\ biologi ^ cabang-cabang biologi yang berbeda. Pertanyaan yang kemudian muncul adalah molekular sampai dimana batas-batas biologi molekular? Tujuan akhir studi biologi molekular a d a l a h memahami dasar-dasar molekular yang menentukan sifat dan fenomena 1 biologis. R e a k s i - r e a k s i k i m i a d i d a l a m j a s a d h i d u p a d a l a h c o n t o h f e n o m e n a b i o l o g i s . M e s k i p u n d e m i k i a n , s t u d i r e a k s i k i m i a b i o l o g i s l e b i h d i a n g g a p s e b a g a i i l m u biokimia sejauh pembahasannya hanya mencakup saling hubungan antara reaktan d a n produk reaksi. Akan tetapi telah banyak diketahui bahwa keseimbangan reaksi biokimia dapat dipengaruhi misalnya oleh perubahan ekspresi gen yang mengkode sintesis enzim-enzim yang berperanan di dalam reaksi biokimia. Oleh karena itu pembahasan mengenai perubahan ekspresi genyang menyebabkan perubahan reaksi biokimiawi tercakup di dalam studi biologi molekular. Tanggapan (respons) jasad hidup terhadap suatu stimulan biasanya dipelajari d i d a l a m fisiologi sel. M e s k i p u n d e m i k i a n , a s p e k - a s p e k f i s i o l o g i s e l d a p a t j u g a bersinggungan dengan wilayah biologi molekular. Sebagai contoh, reaksi antara antigen dengan antibodi. Implikasi fisiologis adanya reaksi semacam ini u m u m n y a d i b a h a s d i d a l a m f i s i o l o g i s e l a t a u imunologi, n a m u n m e k a n i s m e m o l e k u l a r ( e k s p r e s i gen) yang mengarah k e pembentukan antibodi adalah bagian disiplln biologi molekular. Disiplin fisiologi sel lebih mengarah k epembahasan mengenai implikasi reaksi-reaksi biokimiawi seldan faktor-faktor yang mempengaruhinya terhadap p e r t u m b u h a n d a n p e r k e m b a n g a n s e l . D e m i k i a n p u l a h a l n y a d e n g a n c a b a n g biologi struktural sel y a n g m e m p e l a j a r i s t r u k t u r d a n s u s u n a n k o m p o n e n - k o m p o n e n s e l dapat didekati dengan konsep biologi molekular. Sebagai contoh, mekanisme molekular pengendalian sintesis protein m e m b r a n sel dibahas dalam biologi molekular.

Bab 1 Pengantar 5 Berpijak pada hal-hal di atas maka dapat dilihat bahwa batas antara biologi molekular dengan cabang-cabang biologi yang lain sebenarnya sangat tipls. Per- plndahan pemblcaraan dari satu cabang biologi ke cabang biologi yang lain seringkali lebih ditentukan oleh konteks dan kepentlngan yang melatarbelakanglnya. Beberapa aspek biologi yang secara khusus dipelajari dalam biologi molekular antara lain adalah bahan genetik dan proses sintesis protein. Kedua aspek tersebut merupakan satu kesatuan yang tidak dapat dipisahkan karena proses sintesis protein tergantung pada informasi yang ada pada bahan genetik. Di lain plhak, replikasi bahan genetik juga tergantung pada aktivitas bermacam-macam protein. Pembahasan mengenai kedua aspek tersebut dapat diperluas mulai dari struktur dasarnya sampai proses pengendalian sintesisnya. Studi mengenai bahan genetik dan proses sintesis protein akhirnya juga m a m p u menyingkap perbedaan yang lebih dalam antara k e l o m p o k jasad p r o k a r y o t dan eukaryot. Dengan demikian, perbedaan antara kedua k e l o m p o k jasad tersebut tidak semata-mata perbedaan morfologi dan sifat-sifat fisiologi belaka. Studi juga menunjukkan bahwa meskipun ada perbedaan-perbedaan mendasar antara kedua k e l o m p o k jasad tersebut, n a m u n terdapat juga kesamaan-kesamaan yang menunjukkan hubungan kekerabatan satu sama lain. Studi mengenal urutan nukleotida pada R N A ribosom, misalnya, menjadi salah satu dasar u n t u k klasiflkasl jasad hidup selular. Pengaturan ekspresi genetik merupakan aspek biologi molekular yang sangat penting karena hal ini akan bersangkutan dengan banyak fenomena biologis. Mekanisme dasar pengaturan ekspresi genetik serta perbedaan-perbedaan men- dasar antara prokaryot dan eukaryot juga akan dibicarakan dalam buku ini. Dari ilustrasi di atas dapat dilihat bahwa cakupan biologi molekular sangat luas. Riset di bidang Ini juga b e r k e m b a n g sangat pesat sehingga h a m p i r tidak mungkin u n t u k membahas semua aspek yang berkembang selama Ini. O l e h karena itu dalam buku ini akan disajikan t e m a - t e m a p o k o k biologi molekular yang sangat penting untuk diketahui guna memperluas cakrawala pemahaman fenomena biologis.Iiiil irnl mil J1. Jelaskan cakupan biologi molekular dan bandingkan dengan disiplin biologi yang lain, misalnya biokimia dan genetika.Z Mengingat semakin luas cakupan biologi molekular, tetapi sekaligus semakin tipls pula batas-batas antardisiplin ilmu, perlukah dilakukan redefinisi ilmu biologi? Bagaimana pandangan saudara?