Pewarisan Sifat pada Makhluk Hidup Materi IPA Kelas 9
Bab 3. Pewarisan Sifat pada Makhluk Hidup
A. Materi Genetik
Molekul yang berperan sebagai materi genetik adalah asam nukleat, yaitu DNA (deoxyribonucleic acid) dan RNA (ribonucleic acid). Pada suatu untai DNA terdapat unit instruksi atau perintah yang mempengaruhi sifat atau yang menentukan karakteristik setiap makhluk hidup yang disebut gen.
Jadi, keseluruhan informasi genetik yang menentukan karakteristik makhluk hidup juga disimpan dalam DNA. DNA terletak di dalam inti sel. DNA merupakan untaian yang sangat panjang.
Gambaran Untaian Molekul DNA pada Suatu Sel
Agar DNA dapat tersusun di dalam inti sel yang kecil, untaian DNA ini melilit pada protein yang disebut protein histon. Lilitan DNA dengan protein histon membentuk benang-benang kromatin. Pada saat sel akan membelah, benang-benang kromatin ini akan memadat sehingga membentuk kromosom.
1. Struktur DNA dan RNA
Penemuan struktur DNA tak lepas dari penelitian dari Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin yang menggunakan teknik kristalografi (difraksi) sinar-X untuk mempelajari struktur DNA pada tahun 1950 hingga tahun 1953.
(a) Rosalind Franklin, (b) Foto DNA Hasil Defraksi Sinar X
Berdasarkan penelitian Rosalind Franklin, pada tahun 1953, Frances Crick dan James Watson mengemukakan bahwa DNA memiliki struktur seperti suatu untai ganda yang membentuk heliks atau bentuk ulir.
Struktur Molekul DNA (a) Struktur Heliks, (b) Struktur Kimia Parsial DNA
Asam nukleat baik DNA maupun RNA terdiri dari subunit nukleotida. Masing-masing nukleotida tersusun atas gugus fosfat, gula dan basa nitrogen. Pada DNA gulanya berupa gula deoksiribosa, sedangkan pada RNA gulanya adalah gula ribosa.
2. Peranan Materi Genetik Dalam Pewarisan Sifat
Di dalam pewarisan sifat dikenal istilah sifat dominan dan sifat resesif. Sebagai contoh, karakter jenis cuping yang terpisah dapat dikatakan mampu menutupi atau mengalahkan karakteristik jenis cuping telinga melekat.
Karakter yang mampu mengalahkan atau menutupi karakter yang lain disebut sifat dominan. Karakteristik yang kalah (dalam fenomena ini karakter cuping melekat) disebut sifat resesif. Gen dominan ditulis dengan huruf kapital, sedangkan gen resesif ditulis dengan huruf kecil.
Karakter cuping yang terpisah dikode oleh gen G (dominan), sedangkan karakter cuping yang melekat dikode oleh gen g (resesif). Variasi atau bentuk alternatif dari gen-gen (pada hal ini yaitu gen G dan gen g) disebut alel.
Sifat-sifat atau karakter yang terlihat oleh mata seperti bentuk rambut, warna kulit, dan jenis cuping telinga disebut fenotip. Fenotip merupakan perwujudan “ekspresi” dari gen. Sedangkan, susunan informasi genetik (gen) dari suatu individu yang mengkode karakter-karakter fisikn disebut Genotip.
Susunan kromosom pada sel penyusun tubuh berbeda dengan susunan kromosom pada sel kelamin (sel telur atau ovum dan sel sperma).
Kromosom pada sel tubuh susunannya berpasangan. Keadaaan kromosom yang berpasangan disebut dengan diploid (di = dua), sedangkan susunan kromosom pada sel kelamin tidak berpasangan dan disebut dalam keadaan haploid.
Keadaan diploid ditulis dengan simbol 2n dan keadaan haploid ditulis dengan simbol n. Sehingga kromosom sel kelamin jumlahnya setengah dari kromosom sel tubuh.
Jumlah kromosom sel tubuh sebanyak 23 pasang. Karena dalam keadaan diploid atau 2n, jumlah total kromosomnya 23 x 2 = 46 buah kromosom.
Kromosom nomor 1 sampai nomor 22 disebut autosom (kromosom tubuh), sedangkan kromosom nomor 23 disebut gonosom (kromosom kelamin).
Kromosom nomor 23 (gonosom) inilah yang membedakan kalian laki-laki atau perempuan. Di dalam ilmu biologi, laki-laki diberi simbol (atau jantan pada hewan dan tumbuhan), dan perempuan diberi simbol (atau betina pada hewan dan tumbuhan).
Penulisan kromosom kelamin atau gonosom laku-laki ditulis dengan pasangan huruf XY dan untuk perempuan ditulis dengan pasangan huruf XX.
Kariotipe atau susunan kromosom laki-laki dapat ditulis dengan rumus 22AA + XY dan untuk perempuan ditulis dengan rumus 22AA + XX.
Diagram Kromosom Perkawinan Laki-Laki dengan Perempuan
Karena pada sel kelamin kromosom tidak dalam keadaan berpasangan (haploid), maka kariotipe sel kelamin jantan (sel sperma) yaitu 22A + X atau 22A + Y, sedangkan kariotipe sel kelamin betina (sel ovum) yaitu 22A + X.
Sel-sel sperma ada yang mengandung kromosom kelamin Y dan ada yang mengandung kromosom kelamin X.
Gen-gen pada kromosom kelamin Y memiliki peranan penting dalam menentukan jenis kelamin pada manusia. Pada sel ovum hanya terdapat autosom dan kromosom kelamin X saja.
Jadi, ketika sel telur yang mengandung kromosom kelamin X bertemu dengan sel sperma yang mengandung kromosom kelamin X maka akan menghasilkan anak (keturunan) dengan jenis kelamin perempuan (XX).
Jika sel telur yang mengandung kromosom kelamin X bertemu dengan sel sperma yang mengandung kromosom kelamin Y maka akan menghasilkan anak (keturunan) dengan jenis kelamin laki-laki (XY).
3. Gen dan Kromosom Sebagai Pengendali Pewarisan Sifat Makhluk Hidup
a. KROMOSOM
Kromosom adalah materi genetik yang berupa benang-benang halus (kromatin) yang berfungsi sebagai pembawa informasi genetik kepada keturunannya. Setiap inti sel suatu makhluk hidup memiliki dua jenis kromosom yaitu kromosom tubuh (autosom) dan kromosom kelamin (gonosom).
1) Kromosom Tubuh
Kromosom tubuh berfungsi untuk menentukan sifat-sifat tubuh suatu organisme. Kromosom tubuh dilambangkan dengan A yang berasal dari kata autosom yang terdiri dari 22 pasang atau berjumlah 44 buah. Autosom terletak pada sel tubuh dan berpasangan sehingga disebut kromosom diploid (ditulis dengan 2n).
2) Kromosom Kelamin
Kromosom kelamin (gonosom) berfungsi untuk menentukan jenis kelamin suatu organisme. Gonosom berjumlah 1 pasang atau 2 buah, gonosom pada laki-laki dilambangkan dengan XY dan pada perempuan dilambangkan dengan XX. Gonosom terletak pada sel kelamin dan tidak berpasangan sehingga disebut kromosom haploid (ditulis dengan n).
Terdapat beberapa jenis kromosom, sebagai berikut.
a) Kromosom homolog
Kromosom homolog adalah kromosom yang berpasangpasangan, selalu mempunyai bentuk, panjang, letak sentromer, dan struktur yang sama atau hampir sama.
Pada tubuh manusia terdapat 46 kromosom, terdiri atas 23 kromosom berpasangan (homolog). Setiap pasang kromosom homolog adalah satu macam, sehingga kromosom sel tubuh manusia terdiri atas 23 macam.
b) Kromosom diploid (2n)
Ploid merupakan jumlah perangkat kromosom, sehingga kromosom diploid adalah dua perangkat kromosom. Kromosom diploid terjadi karena kromosom selalu berpasangan (homolog), maka di dalam setiap inti sel tubuh terdapat dua set atau dua perangkat kromosom (diploid).
c) Kromosom haploid (n)
Haploid adalah kromosom yang tidak memiliki pasangan atau hanya memiliki seperangkat kromosom.
b. GEN
Komposisi dan susunan gen-gen di dalam tubuh makhluk hidup disebut genotipe. Genotipe setiap makhluk hidup berbeda-beda yang dapat menentukan sifat-sifat suatu makhluk hidup tersebut. Pada dasarnya, genotipe adalah sifat pada makhkuk hidup yang tidak terlihat. Genotipe inilah yang nantinya akan memunculkan sifat fenotipe. Fenotipe adalah sifat pada makhluk hidup yang dapat terlihat. Sifat fenotipe merupakan perpaduan antara sifat genotipe dan lingkungannya.
Ilustrasi gen (Sumber: hisham.id)
Pada umumnya, suatu gen dinyatakan dengan simbol huruf. Huruf kapital menyatakan gen yang bersifat dominan, misalnya M (merah), sedangkan huruf kecil menyatakan gen bersifat resesif, misalnya m (putih). Gen selalu berpasangan misalnya MM, Mm atau mm. Gen yang sama jenisnya seperti MM atau mm disebut homozigot, sedangkan gen yang berbeda jenisnya seperti Mm disebut heterozigot. Jika gen dominan bersama-sama dengan gen resesif, sifat yang akan tampak adalah sifat yang dibawa oleh gen dominan dan sifat yang dibawa oleh gen resesif tidak akan muncul. Sebagai contoh, sifat pendek dominan tehadap sifat tinggi. Jika gen untuk pendek muncul bersama-sama dengan gen untuk tinggi, sifat pendeklah yang akan muncul pada keturunanya.
Makhluk hidup memiliki kemampuan dalam menurunkan sifat-sifat kepada keturunannya atau sering disebut dengan pewarisan sifat.
Pewarisan sifat (hereditas) adalah penurunan sifat dari induk (orang tua) kepada keturunannya (anak). Ilmu yang mempelajari tentang pewarisan sifat pada makhluk hidup disebut genetika.
Adanya pewarisan sifat ini dapat menjadikan makhluk hidup memiliki perbedaan sifat satu dengan lainnya. Sifat-sifat beda yang terdapat pada makhluk hidup dikendalikan oleh materi genetis.
Materi genetis tersebut berupa substansi yang disebut gen. Kumpulan gen tersebut dinamakan kromosom. Kromosom terdapat pada bagian inti sel (nukleus). Kromosom dan gen inilah yang mengendalikan pewarisan sifat pada makhluk hidup.
Sifat-sifat suatu makhluk hidup diwariskan melalui sel kelamin jantan dan sel kelamin betina. Terdapat dua macam kromosom yang ada dalam sel kelamin, yaitu kromosom X dan kromosom Y. Pada wanita kromosomnya adalah XX dan pada pria adalah XY.
B. Hukum Pewarisan Sifat
Pewarisan sifat dari generasi ke generasi berikutnya akan mengikuti pola tertentu yang khas bagi setiap makhluk hidup.
Pewarisan sifat dari induk kepada keturunannya ini disebut hereditas. Sedangkan cabang biologi yang khusus mempelajari tentang hereditas adalah genetika.
Tokoh yang sangat berjasa dalam penemuan hukum-hukum genetika adalah Gregor Johann Mendel (1822 – 1884) dari Austria.
Karena jasanya yang begitu besar terhadap hukum-hukum pewarisan sifat, maka beliau mendapat julukan sebagai Bapak Genetika.
Mendel melakukan percobaan dengan membastarkan tanaman-tanaman yang mempunyai sifat beda. Tanaman yang dipilih adalah tanaman kacang ercis (Pisum sativum).
Percobaan Mendel
Alasan Mendel menggunakan tanaman tersebut adalah mudah dalam melakukan penyerbukan silang, mudah didapat, mudah hidup atau dipelihara, berumur pendek, cepat berbuah, dapat terjadi penyerbukan sendiri, dan banyak jenis yang memiliki sifat yang mencolok.
Sifat-sifat yang mencolok tersebut, misalnya: warna bunga (ungu atau putih), warna biji (kuning atau hijau), warna buah (hijau atau kuning), bentuk biji (bulat atau kisut), sifat kulit (halus atau kasar), letak bunga (di ujung batang atau di ketiak daun), serta ukuran batang (tinggi atau rendah).
Beberapa kesimpulan penting tentang hasil percobaan Mendel sebagai berikut.
1. Hibrid (hasil persilangan antara dua individu dengan tanda beda) memiliki sifat yang mirip dengan induknya dan setiap hibrid mempunyai sifat yang sama dengan hibrid yang lain dari spesies yang sama.
2. Karakter atau sifat dari keturunan suatu hibrid selalu timbul kembali secara teratur dan inilah yang memberi petunjuk kepada Mendel bahwa tentu ada faktor-faktor tertentu yang mengambil peranan dalam pemindahan sifat dari satu generasi ke generasi berikutnya.
3. Mendel merasa bahwa ”faktor-faktor keturunan” itu mengikuti distribusi yang logis, maka suatu hukum atau pola akan dapat diketahui dengan cara mengadakan banyak persilangan dan menghitung bentuk-bentuk yang berbeda, seperti yang tampak dalam keturunan.
Istilah-istilah Dalam Pewarisan Sifat
Berikut ini beberapa istilah yang berhubungan dengan pewarisan sifat.
- P (Parental) = induk.
- F (Filial) = keturunan. F1 berarti keturunan pertama, F2 berarti keturunan kedua, dan seterusnya.
- Fenotipe = karakter (sifat) yang tampak (bentuk, ukuran, warna, golongan darah, dan sebagainya).
- Genotipe = karakter (sifat) yang tidak tampak. Simbol untuk suatu gen dikemukakan dengan sebuah huruf yang biasanya merupakan huruf pertama dari suatu sifat.
Misalnya M = gen yang menyebabkan warna merah, sedangkan m = gen yang menyebabkan warna putih. Dalam hal ini merah dominan terhadap putih. .
Genotipe suatu individu diberi simbol dengan sepasang huruf, karena individu umumnya diploid. Misalnya: MM = genotipe untuk tanaman berbunga merah, sedangkan mm = genotipe untuk tanaman berbunga putih.
- Dominan : Sifat yang menang/menutupi sifat lain.
- Resesif : Sifat yang kalah/tertutupi sifat lain.
- Intermediet : Sifat yang sama-sama kuat muncul pada keturunan.
- Homozigot = sifat suatu individu yang genotipenya terdiri atas gen-gen yang sama dari tiap jenis gen (misalnya MM, mm, HH, AABB, aabb, dan sebagainya)
- Heterozigot = sifat suatu individu yang genotipenya terdiri atas gen-gen yang berlainan dari tiap jenis gen (misalnya Mm, Hh, AaBb, dan sebagainya).
- Alel = anggota dari sepasang gen, misalnya: M = gen untuk warna bunga merah dan m = gen untuk warna bunga putih, T = gen untuk tanaman tinggi dan t = gen untuk tanaman rendah.
- Galur Murni : keturunan yang mempunyai sifat sama dengan induknya
- BACKROS : Persilangan antara F1 dengan induknya yang dominan.
- TESTCROS : Persilangan antara F1 dengan induknya yang resesif.