BIOTEKNOLOGI

Bioteknologi adalah pemanfaatan prinsip – prinsip dan rekayasa terhadap organisme, sistem, atau proses biologis untuk mengahsilkan atau meningkatkan potensi organisme maupun mengahsilkan produk dan jasa bagi kepentingan hidup manusia. Ilmu – ilmu yang digunakan dalam bioteknologi adalah mikrobiologi, biologi sel, genetika dan biokimia.

Mikrobiologi merupakan cabang biologi yang mempelajari mikroba atau jasad renik. Mikroba berupa bakteri, misalnya bakteri dapat digolongkan sebagai psikrofil (suhu 0^oC – 30^oC), mesofil (suhu 25^oC – 40^oC), dan termofil (suhu 50^oC atau lebih). Contohnya untuk pembuatan yoghurt dengan menggunakan bakteri Lactobacillus bulgaricus, pada suhu 40^oC selama 2,5 jam sampai 3,5 jam.

            Biologi sel merupakan cabang biologi yang mempelajari sel. Pengetahuan mengenai sifat protoplasma suatu sel yang dapat berfusi atau bergabung dengan protoplasma sel lain pada spesies yang sama, bermanfaat bagi aplikasi fusi sel di bidang pemuliaan tanaman. Contoh tanamannya, tanaman kedelai dengan jagung serta tanaman kedelai dengan kacang kapri. Bisa juga sebagai pengetahuan mengenai sifat totipotensi untuk kultur jaringan, kamampuan sel – sel tanaman muda dan hidup untuk berdiferensiasi menjadi berbagai organ tanaman yang baru.

            Genetika merupakan cabang biologi yang mempelajari warisan sifat – sifat genetik makhluk hidup dari satu generasi ke generasi berikutnya. DNA akan membantu percepatan kemajuan bioteknologi. Penemuan tanaman tomat yang tidak mudah rusak atau busuk, insulin manusia yang sintesis dari bakteri Escherichia coli.

            Biokimia merupakan cabang ilmu kimia yang mempelajari makhluk hidup dari aspek kimia. Biokimia menggap semua yang terjadi pada kehidupan adalah kimia.

PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI

            Louis Pasteur dianggap sebagai bapak bioteknologi. Karena bukti penelitian adanya mikroorganisme yang melakukan fermentasi yang didapat dari hasil penelitiannya.

Berbagai teknik yang mendorong perkembangan bioteknologi

·         Manipulasi DNA rekombinan

·         Kultur in vitro

·         Penggabungan protoplasma

·         Pembuatan antibodi monoklonal

·         Modifikasi struktur protein

·         Imobilisasi enzim dan sel katalis

·         Penginderaan dengan bantuan biologi molekul

·         Menghubungkan komputer dengan reaktor

·         Rancang bangun reaktor biokatalis baru

BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL (TRADISIONAL)

            Bioteknologi tradisional adalah bioteknologi yang memanfaatkan mikroba, proses biokimia, dan proses genetik ternak dan tanaman panen, pembuatan alkohol, minuman keras dan minuman anggur telah dikenal di masyarakat tradisional.

PANGAN

·         Tempe – jamur Rhizopus

·         Oncom – jamur Neurospora ditophila

·         Tapai ketan – Saccharomyces cereviceae

·         Kecap – jamur aspergillus

PERTANIAN

·         Hidroponik – cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai tempat menanam tanaman

·         Suatu tanaman jenis mustard alami yang diseleksi oleh manusia menghasilkan tanaman brokoli, kubis, kembang kol, dan lain – lain.

PETERNAKAN

·         Domba ankon – domba berkaki pendek dan bengkok, hasil mutasi alami.

·         Sapi Jersey – diseleksi oleh manusia agar menghasilkan susu dengan kandugan krim lebih banyak

KESEHATAN DAN PENGOBATAN

·         Antibiotik – digunakan untuk pengobatan, diidolasi dari bakteri dan jamur

·         Vaksin – mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang toksinnya telah dimatikan, bermanfaat untuk meningkatkan imunitas

BIOTEKNOLOGI MODERN

            Bioteknologi modern adalah bioteknologi yang berdasarkan pada manipulasi atau rekayasa DNA, selain memanfaatkan dasar mikrobiologi dan biokimia.

PANGAN

·         Buah tomat – hasil amipulasi genetik sehingga tahan lama, tidak cepat matang dan membusuk

·         Kentang – mengalami mutasi genetik sehingga kadarpati kentang meningkat 20% dari kentan biasa

PERTANIAN

·         Tanaman kedelai Tengger dan kedelai hijau Camar – berumur pendek dengan produktivitas tinggi, diperoleh dari radiasi seleksi biji – biji kedelai

·         Tanaman jagung dan kapas – resisten terhadap serangan penyakit gen tertentu setelah gennya di manipulasi

PETERNAKAN

·         Pembelahan embrio secara fisik – menghasilkan kembar identik pada domba, sapi, babi, kuda

·         Ternak unggul – hasil manipulasi genetik, contoh unggul pada daging dan susunya

KESEHATAN DAN PENGOBATAN

·         Hormon pertumbuhan somatotropin yang dihasilkan oleh Escherichia coli

·         Manipulasi produksi vaksi – menggunakan E. Coli agar lebih efisien

BIOTEKNOLOGI DENGAN MENGGUNAKAN MIKROORGANISME

Bioteknologi umumnya menggunakan mikroorganisme seperti bakteri, khamir, dan kapang, dengan alasan:

·         Pertumbuhannya cepat

·         Sel – selnya memiliki kandungan protein yang tinggi

·         Dapat menggunakan produk – produk sisa sebagai substratnya

·         Menghasilkan produk yang tidak toksik

·         Sebagai organisme hidup

Bioteknologi yang menggunakan mikroorganisme, penemuan dan penyelesaian masalah pangan, obat – obatan, pembasmian hama tanaman, pencemaran, dan pemisahan logam dari bijih logam.

MIKROORGANISME PENGUBAH DAN PENGHASIL MAKANAN ATAU MINUMAN

            Mikroorganisme dapat mengubah nilai gizi makanan atau minuman dalam proses fermentasi, perubahan enzimatik secara anaerob dari senyawa organik yang lebih sederhana. Mikroorganisme pada fermentasi menyebabkan perubahan senyawa – senyawa kompleks pada makanan atau minuman menjadi senyawa yang lebih sederhana dan peningkatan cita rasa dan aroma makanan atau minuman.

            Mikroorganisme dapat dijadikan langsung sebagai sum

MIKROORGANISME PENGUBAH DAN PENGHASIL MAKANAN ATAU MINUMAN

            Mikroorganisme dapat mengubah nilai gizi makanan atau minuman dalam proses fermentasi, perubahan enzimatik secara anaerob dari senyawa organik yang lebih sederhana. Mikroorganisme pada fermentasi menyebabkan perubahan senyawa – senyawa kompleks pada makanan atau minuman menjadi senyawa yang lebih sederhana dan peningkatan cita rasa dan aroma makanan atau minuman.

            Mikroorganisme dapat dijadikan langsung sebagai sumber makanan, karena:

1.      Massa mikroorganisme dapat tumbuh menjadi dua kali lipat dalam waktu satu jam, sedangkan massa tumbuhan atau hewan memerlukan waktu berminggu – minggu

2.      Massa mikroba minimal mengandung 40% protein serta memiliki kandungan vitamin dan mineral tinggi

MIKROORGANISME PENGHASIL OBAT

Antibiotik

            Antibiotik = senyawa yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme untuk menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain.

Penisilin – diproduksi secara komersial dicampurkan dengan berbagai senyawa, namun komponen utama berupa penisilin

Sefalosporin – dihasilkan oleh jamur Cephalosporium yang ditemukan pada tahun 1948

Tetrasiklin – dihasilkan oleh bakteri Streptomycin aureofaciens

Eritromisin – memiliki kisaran yang sama dengan penisilin.

Toksisitas selektif pada antiobiotik dapat membunuh atau menghambat pertumbuhan bakteri, namun tidak menyebabkan kerusakan pada sel – sel inang atau sel – sel tubuh manusia.

Vaksin

            Vaksin = mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang telah dilemahkan.

            Mikroorganisme yang telah mati – digunakan unutk mengahsilkan vaksin batuk rejan dari bakteri penyebab batuk rejan.

            Mikroorganisme yang telah dilemahkan – caksin yang dihasilkan dari mikroorganisme yang sudah dilemahkan (vaksin atenuasi)

            Suatu substansi mikroorganisme yang tidak menyebabkan penyakit – vaksin diferti dan tetanus yang dihasilkan dari susbtansi toksin (toksoid) yang sudah tidak berbahaya dari bakteri. Toksoid bertujuan untuk merangsang produksi antibodi.

MIKROORGANISME PEMBASMI HAMA TANAMAN

            Mikroorganisme di alam dapat dijadikan sebagai agen pengendali hayati, yaitu pengendalian terhadap hama dengan menggunakan musuh alami. Misalnya pengendalian hama serangga pada tanaman pertanian dengan menggunakan bakteri pantogen serangga, yaitu Bacillus thuringiensis (Bt).

            Beberapa Bt yang tersedia secara komersial dengan hama targetnya:

·         Bt varietas tenebrionis – menyerang kumbang kentang colorado dan larva kumbag daun

·         Bt varietas kurstaki – menyerang berbagai jenis ulat tanaman pertanian

·         Bt varietas israelensis – menyerang nyamuk dan lalat hitam

·         Bt varietas aizawai – menyerang larva ngengat dan berbagai ulat, terutama ulat ngengat diamondback

MIKROORGANISME PENGOLAH LIMBAH

            Pemrosesan limbah secara aerob terdiri dari dua metode pengolohan, prose yang menggunakan lumpur aktif dan proses yang menggunakan saringan tetes.

Pengolahan dengan lumpur aktif = pengolahan limbah cair dengan membiakkan bakteri aerobik dalam suatu tangki limbah yang diberi aerasi dengan tujuan untuk menurunkan bahan organik yang mengandung karbon atau nitrogen dalam limbah. Bakteri yang berperan adalah bakteri heterotrof.

Pengolahan dengan saringan tetes = pengolahan limbah cair dengan memanfaatkan teknologi biofilm. Biofilm = lapisan mikroorganisme yang menutupi hamparan saringan atau filter pada dasar tangki limbah.

Penguraian lumpur = proses penguraian bahan padat yang terakumulasi deri pemrosesan aerob atau dari endapan perlakuan fisiksebelumnya. Lumpur tersebut dibiarkan selama dua hingga tiga minggu di dalam suatu tangki yang tidak mengandung oksigen, pada suhu sekitar 30^oC – 40^oC.

MIKROORGANISME PEMISAH LOGAM DARI BIJIH LOGAM

Peranan mikroorganisme di dalam proses ekstrasi logam dari bijihnya akan menjadi semakin penting karena alasan – alasan berikut:

·         Deposit – deposit mineral yang lebih kaya sudah banyak berkurang.

·         Metode pengolahan bijih secara tradisional yaitu denganpeleburan, merupakan penyebab utama polusi udara dan kini banyak ditentang oleh kelompok pencinta lingkungan.

Mikroorganisme mampu memperbaiki kedua keadaan ini. Misalnya, beberapa bakteri aerobik autotrofik, Thiobacillus oxidans dan T. Ferroxidans bila ditumbuhkan dalam lingkungan yang mengandung bijih tembaga akan menghasilkan asam dan mengoksidasi bijih tersebut disertai pemisahan logam tembaganya. Proses ini disebut pencucian mikrobial.

BIOTEKNOLOGI DENGAN MENGGUNAKAN KULTUR JARINGAN TUMBUHAN

Kultur jaringan merupakan salah satu teknik klona (kloning) tumbuhan. Suatu klon tumbuhan merupakan populasi tumbuhan yang diproduksi secara secara aseksual dari satu nenek moyang. Klona menghasilkan sejumlah besar tumbuhan yang identik secara genetic. Klon tersebut ditumbuhkan dengan kultur jaringan pada kondisi steril dengan menggunakan konsentrasi nutrient serta hormon. Dengan kultur jaringan, tumbuhan utuh dapat dihasilkan dari bagian akar, batang, atau daun yang disebut eksplan

Berikut merupakan proses dalam kultur jaringan tumbuhan

BIOTEKNOLOGI DENGAN MENGGUNAKAN REKAYASA GENETIK

Rekayasa genetik atau DNA rekombinan atau pencangkokan gen adalah suatu kumpulan teknik-teknik eksperimental yang memungkinkan peneliti untuk mengisolaso, mengidentifikasi, dan melipatgandakan suatu fragmen DNA dalam bentuk murninya. Manipulasi-manipulasi tersebut dilakukan secara in vitro dengan menggunakan material-material biologi.

I. Tahapan Dasar Rekayasa Genetik

Rekayasa genetic dimulai kira-kira 50 tahun lalu oleh Dr. Paul Berg dari Stanford University di California, USA, dan usaha sekelompok penyelidik lainnya, yaitu Dr. Stanley Cohen dan Dr. Annie Chang dari Stanford University, serta Dr. Herbert Boyer dan Dr. Robert Helling dari University of California di San Fransisco.

Mereka menemukan bahwa bahan-bahan kimia tertentu yang disebut enzim restriksi endonuklease mampu berfungsi sebagai “gunting molekuler”, yaitu dapat mengenal dan kemudian memotong secara kimiawi tempat-tempat khusus di sepanjang sebuah molekul DNA. Penemuan penting lainnya adalah bahwa suatu enzim yang disebut ligase, dapat menggabungkan potongan DNA yang digunting dari suatu gen dengan potongan DNA gen lain dari makhluk yang tidak berkaitan. Hibrid yang terbentuk dengan cara ini disebut DNA rekombinan.

Para ahli genetika kini dapat membongkar sel-sel bakteri, virus, hewan, dan tanaman guna mengambil DNA-nya dan memasukkannya ke dalam makhluk lain. Namun pekerjaan tersebut bukanlah sekedar memotong dan menempel. Sebuah gen harus diangkut oleh suatu materi genetic khusus yang disebut vector. Salah satu jenis vector yang bermanfaat adalah plasmid. Plasmid adalah molekul DNA sirkuler kecil yang terdapat di luar kromosom sel bakteri.

Sebuah plasmid berasal dari bakteri. Untaian DNA plasmid yang sirkuler dipotong dengan enzim restriksi, kemudian fragmen DNA baru disisipkan ke dalamnya, dan plasmid dikemalikan ke bakteri. Selanjutnya setiap kali bakteri tersebut membelah diri menjadi dua, plasmid rekombinan tersebut juga membelah diri. Oleh karenanya, DNA rekombinan terus membuat klon DNA dari dirinya.

MANFAAT REKAYASA GENETIK

            Rekayasa genetic sangat bermanfaat pada berbagai bidan kehidupan manusia. Misalnya bidang kedokteran dan farmasi, peternakan dan pertanian, serta perindustrian.

Manfaat rekayasa genetik di bidang kedokteran dan farmasi

Pembuatan insulin manusia oleh bakteri

Dengan teknik rekayasa genetic para peneliti berhasil memanipulasi bakteri untuk membentuk insulin yang mirip dengan insulin manusia. Melalui penelitian dapat dibuktikan pula bahwa salinan insulin manusia lebih baik daripada insulin hewani dan dapat diterima lebih baik oleh tubuh manusia. Biaya pembuatan insulin inipun menjadi jauh lebih murah.

Terapi gen manusia

Setiap kelainan genetic yang disebabkan alel tunggal yang rusak, secara teoritis mungkin untuk diganti dengan alel yang masih berfungsi normal menggunakan teknik DNA rekombinan. Alel baru tersebut dapat disisipkan ke dalam sel somatic jaringan yang dipengaruhi kelainan dalam diri pasien atau bahkan mungkin juga ke dalam sel germinal atau sel embrionik.

Agar terapi gen sel somatic bersifat permanen, sel yang menerima alel normal harus senantiasa memperbanyak diri di sepanjang hidup si pasien, sehingga alel pencangkokan akan bereplikasi dan terus diekspresikan. Dari percobaan terapi gen yang sedang dilakukan pada manusia, terapi yang paling menjanjikan adalaj terapi yang melibatkan sel sumsum tulang.

Antibodi monoklonal  

Antibodi merupakan protein yang dihasilkan oleh sistem imunitas vertebrata sebagai sistem pertahanan untuk melawan infeksi. Antibodi dapat dihasilkan dengan menyuntikkan bebearpa kali suatu sampel yang berisi antigen ke dalam seekor hewan kelinci atau kambing. Kemudian serum darah hewan tersebut diambil karena banyak mengandung antibody (antiserum). Antiserum tersebut mengandung campuran antibody yang dihasilkan oleh limfosit-B

Sel-sel limfosit B yang memiliki rentang waktu hidup yang terbatas dapat diatasi dengan menggabungkan sel-sel tumor limfosit-B yang menghasilkan satu jenis antibody dari tikus atau mencit yang telah diimunisasi dengan sel-sel tumor limfosit-B yang ‘kekal’. Berdasarkan campuran heterogen sel-sel hybrid tersebut, dapat dihasilkan hybrid yang memiliki kemampuan untuk menghasilkan antibody tertentu dan kemampuan memperbanyak kultur sel tertentu dengan tak terhingga.

Manfaat rekayasa genetik di bidang peternakan dan pertanian

Organisme transgenik

            Bakteri bukan satu-satunya organisme yang dapat dimodifikasi dengan teknik klona atau transfer gen. Rekayasa genetic juga dapat mentransfer gen-gen tertentu ke tumbuhan berbunga, jamur, dan mamalia yang mengakibatkan perubahan genotip organisme atau disebut organisme transgenik.

1) Transfer gen pada hewan

            Contoh transfer gen pada hewan adalah domba Tracey. Tracey merupakan domba betina yang sehat dan normal, namun DNA-nya telah disisipi oleh gen manusia. Gen manusia tersebut mengkode produksi protein alfa-1-antitripsin (ATT). Protein ATT ini disekresi oleh oleh Tracey pada air susunya. Protein ATT sangat berharga karena berkhasiat untuk mengobati penyakit paru-paru pada manusia, misalnya fibrosis sistik dam emfisema.

            Gen manusia dapat masuk ke dalam tubuh Tracey dengan cara sebagai berikut. Pertama-tama gen manusia yang mengkode ATT diisolasi dan diklon. Gen ini kemudian diinjeksikan ke dalam sel telur yang telah dibuahi sperma dan diadopsi oleh satu kromosom. Sel telur yang telah dibuahi akan membelah secara mitosis menghasilkan sel-sel yang masing-masing mengandung gen ATT. Bila sudah terbentuk embrio pada tahap awal kemudian embrio ini ditanamkan ke rahim betina domba dewasa yang menjadi induk pengasuhnya. Embrio berkembang kemudian domba Tracey lahir.

2) Klona embrio

            Tahapan teknik klona embrio pada hewan ternak misalnya sapi, adalah sebagai berikut. Pertama, sel telur yang diambil dari sapi betina dibuahi dengan sperma dari sapi jantan terbaik. Pembuahan dilakukan di dalam cawan petri. Pembuahan ini disebut sebagai fertilisasi in-vitro. Sel telur yang telah dibuahi akan membentuk kumpulan sel-sel. Pada tahapan ini embrio muda tersebut dipisahkan menjadi beberapa bagian. Setiap bagian embrio merupakan klon yang secara genetic identik. Embrio-embrio tersebut kemudian ditanamkan pada rahim sapi-sapi betina dewasa lainnya. Embrio-embrio akan tumbuh menjadi anak-anak sapi yang siap dilahirkan dengan sifat yang sama seperti induknya.

3) Klona dengan transfer inti

            Teknik klona dengan transfer inti adalah klon-klon dihasilkan dari suatu individu. Prinsip klona dengan transfer inti adalah dengan memasukkan donor DNA dari hewan yang karakternya diinginkan ke dalam sel telur hewan yang intinya (DNA-nya) telah dihilangkan. Setelah terbentuk embrio lalu embrio ditanamkan ke rahim induk hewan yang akan membesarkannya.

            Contoh klona dengan transfer inti adalah domb Dolly. Dolly merupakan domba hasil klon yang dilakukan oleh ilmuwan dari SKotlandia yang dipimpin oleh Ian Wilmot. Wilmot dan timnya merusak nukelus satu sel telur, kemudian dimasuki nucleus donor yang diambil dari sel-sel kelenjar susu seekor domba dewasa. Sel telur dengan nukelus dari donor memiliki materi genetic yang sama persis dengan induk yang mendonorkan nukelusnya. Kemudian sel tersebut distimulasi agar membelah menjadi kumpulan sel-sel (blastomer) yang ditanam ke dalam rahim seekor domba betina dewasa sebagai induk pengganti.

Tanaman hasil rekasaya genetik

            Gen-gen asing dapat disisipkan ke dalam sel-sel tanaman dengan cara yang cukup alami. Agrobacterium tumefaciens merupakan bakteri tanah penyebab infeksi tumor crown gall pada beberapa tanaman ini. Bakteri ini menyerang tanaman yang luka dan menyebabkan sel-sel tanaman memperbanyak diri hingga membentuk tumor.

            Hal ini dapat terjadi karena Agrobacterium mampu menyisipkan plasmidnya sendiri (plasmid Ti) ke dalam kromosom tanaman. Plasmid gen bakteri ini bergabung dengan DNA tanaman dan menstimulasi pertumbuhan tumor. Ahli-ahli genetika tanaman telah berhasil menggantikan gen yang membentuk tumor pada plasmid dengan gen-gen yang berguna bagi manusia. Oleh karenanya, dalam hal ini Agrobacterium berfungsi sebagai vector.

            Tanaman transgenic direkayasa dengan menggunakan Agrobacterium tumafaciens untuk memperoleh sifat sebagai berikut.

1) Menunda pematangan buah

2) Resistensi terhadap pestisida dan herbidida, mensintesis protein Kristal insektisidal (ICP) yang dapat membuat hama berhenti makan dan mati

3) Resistensi terhadap kondisi lingkungan, transfer gen dapat menghasilkan tanaman yang tahan kering karena memiliki lapisan kutikula yang lebih tebal sehingga tumbuh baik di daerah kering.

PENANGGULANGAN DAMPAK NEGATIF BIOTEKNOLOGI

Bioteknologi telah menghasilkan produk-produk yang bermanfaat untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Namun, perlu juga diperhatikan dampak negatif dari perkembangan bioteknologi tersebut. Beberapa dampak negatif yang mungkin timbul akibat dari perkembangan bioteknologi dinataranya sebagai berikut.

Alergi

Gen asing yang disisipkan pada organisme yang menjadi makanan manusia dapat menyebabkan alergi terhadap individu tertentu. Untuk mencegahnya, perlu dilakukan pengujian dalam jangka waktu yang lama untuk memastikan ada tidaknya efek negatif tersebut terhadap konsumen. Selain itu, produk yang mengandung organism hasil rekayasa bioteknologi harus diberi label dengan jelas guna memberi informasi kepada konsumen mengenai produk yang dikonsumsi.

Hilangnya plasma nutfah

Kepunahan plasma nutfah dapat diatasi dengan melakukan pemeliharaan berbagai jenis hewan dan tumbuhan di suatu situs konservasi tertentu.

Rusaknya ekosistem

Gangguan terhadap kondisi normal lingkungan dapat menyebabkan rusaknya ekosistem. Tanaman kapas Bt selain menyebabkan matinya hama ulat yang memakannya, juga diduga menyebabkan larva kupu-kupu lain ikut mati.

MUTASI

kucing yang terkena mutasi

Mutasi adalah perubahan susunan molekul gen (DNA) atau perubahan struktur, jumlah kromosom.

Tempat terjadinya Mutasi
- Gametik
    terjadi pada sel kelamin dan bersifat diwariskan
- Somatik
    pada sel-sel tubuh (dapat berupa embrio maupun sel dewasa) dan tidak diwariskan

Jenis Mutagen
Fisik: radiasi sinar ultraviolet, sinar rontgen, sinar radioaktif
Kimia: kolkisin, digitonin, benziprena (salah satu komponen asap rokok)
Biologi: virus

Tingkat Mutasi
1. Mutasi Gen (Point Mutation)
    Kategori umum:
     - Substitusi
        * Transisi
        * Transversi
     - Insersi - Delesi
        * Penambahan/pengurangan satu atau lebih pasangan nukleotida pada suatu gen
2. Mutasi Kromosom (Gross Mutation)
    Kategori umum:
    - Perubahan susunan kromosom
      * Delesi
      * Duplikasi
      * Inversi
      * Translokasi
    - Perubahan jumlah kromosom
      * Euploid
         Variasi sejumlah set dasar kromosom (Genom). Contoh: 2n -> 3n, 4n
      * Aneuploid
         Variasi jumlah kromosom karena adanya pengurangan/penambahan sejumlah kromosom, tapi tidak berlangsung pada seluruh kromosom. Contoh: Monosomik (2n-1) dan Trisomik (2n+1)

Manfaat Mutasi

padi yang tumbuh subur

Kelainan akibat Mutasi pada Manusia
- Progeria

- Down Syndrome

- Cri-du-chat

- Kanker

- Bibir sumbing

- dan lain-lain

PEMBELAHAN SEL

Dalam masa pertumbuhan, tubuh kita bertambah besar dan tinggi. Begitu juga dengan hewan dan tumbuhan. Mengapa dalam pertumbuhan tubuh makhluk hidup dapat bertambah besar dan tinggi? Sel-sel penyusun tubuh makhluk hidup mengalami pembelahan sehingga bertambah banyak. Pertambahan jumlah sel inilah yang menyebabkan tubuh bertambah besar dan tinggi.

Tujuan Pembelahan Sel

Sel merupakan struktur terkecil dari makhluk hidup, oleh karena itu sel sangat menentukan fungsi dan bentuk dari organ atau jaringan yang disusunnya. Kumpulan dari banyak sel dengan struktur dan fungsi yang sama disebut jaringan dan kumpulan jaringan dengan tujuan fungsi tertentu disebut organ.

Untuk bisa mencapai jumlah banyak, sel melakukan pembelahan. Pembelahan sel mempunyai tujuan sebagai berikut :

• Regenerasi sel-sel yang rusak/mati
• Pertumbuhan dan perkembangan
• Berkembang biak (reproduksi)
• Variasi individu baru

Macam-Macam Cara Pembelahan Sel

Terdapat 3 macam pembelahan sel dengan tujuan dan fungsi yang berbeda, yaitu :

1.   Pembelahan Mitosis

Pembelahan mitosis menghasilkan sel anakan yang jumlah kromosomnya sama dengan jumlah kromosom sel induknya, pembelahan mitosis terjadi pada sel somatik.
         Sel – sel tersebut juga memiliki kemampuan yang berbeda – beda dalam melakukan pembelahannya, ada sel – sel yang mampu melakukan pembelahan secara cepat, ada yang lambat dan ada juga yang tidak mengalami pembelahan sama sekalisetelah melewati masa pertumbuhan tertentu, misalnya sel – sel germinatikum kulit mampu melakukan pembelahan yang sangat cepat untuk menggantikan sel – sel kulit yang rusak atau mati. Akan tetapi sel – sel yang ada pada organ hati melakukan pembelahan dalam waktu tahunan, atau sel – sel saraf pada jaringan saraf yang sama sekali tidak tidak mampu melakukan pembelahan setelah usia tertentu. Sementara itu beberapa jenis bakteri mampu melakukan pembelahan hanya dalam hitungan jam, sehingga haya dalam waktu beberapa jam saja dapat dihasilkan ribuan, bahkan jutaan sel bakteri. Sama dnegan bakteri, protozoa bersel tunggal mampu melakukan pembelahan hanya dalam waktu singkat, misalkan amoeba, paramecium, didinium, dan euglena.
         Pada sel – sel organisme multiseluler, proses pembelahan sel memiliki tahap – tahap tertentu yang disebut siklus sel. Sel – sel tubuh yang aktif melakukan pembelahan memiliki siklus sel yang lengkap. Siklus sel tersebut dibedakan menjadi dua fase(tahap ) utama, yaitu interfase dan mitosis. Interfase terdiri atas 3 fase yaitu fase G, ( growth atau gap), fase S (synthesis), fase G2(growth atau Gap2).
          Pembelahan mitosis dibedakan atas dua fase, yaitu kariokinesis dan sitokinesis, kariokinesis adalah proses pembagian materi inti yang terdiri dari beberapa fase, yaitu Profase, Metafase, dan Telofase. Sedangkan sitokinesis adalah proses pembagian sitoplasma kepada dua sel anak hasil pembelahan.

1. Kariokinesis

Kariokinesis selama mitosis menunjukkan cirri yang berbeda – beda pada tiap fasenya. Beberapa aspek yang dapat dipelajari selama proses pembagian materi inti berlangsung adalah berubah – ubah pada struktur kromosom,membran inti, mikro tubulus dan sentriol. Ciri dari tiap fase pada kariokinesis adalah :

a)   Profase 

1.   Benang – benang kromatin berubah menjadi kromosom. Kemudian setiap kromosom membelah menjadi kromatid dengan satu sentromer.

2.   Dinding inti (nucleus) dan anak inti (nucleolus) menghilang.

3.    Pasangan sentriol yang terdapat dalam sentrosom berpisah dan bergerak menuju kutub yang berlawanan.

4.   Serat – serat gelendong atau benang – benang spindle terbentuk diantara kedua kutub pembelahan.

b)   Metafase 
Setiap kromosom yang terdiri dari sepasang kromatida menuju ketengah sel dan berkumpul pada bidang pembelahan (bidang ekuator), dan menggantung pada serat gelendong melalui sentromer atau kinetokor.

c)   Anaphase
Sentromer dari setiap kromosom membelah menjadi dua dengan masing – masing satu kromatida. Kemudian setiap kromatida berpisah dengan pasangannya dan menuju kekutub yang berlawanan. Pada akhir nanfase, semua kroatida sampai pada kutub masing – masing.

d)   Telofase
Pada telofase terjadi peristiwa berikut :

1.   Kromatida yang berada pada kutub berubah menjasadi benang – benang kromatin kembali.

2.   Terbentuk kembali dinding inti dan nucleolus membentuk dua inti baru.

3.   Serat – serat gelendong menghilang.

4.   Terjadi pembelahan sitoplasma (sitokenesis) menjadi dua bagian, dan terbentuk membrane sel pemisah ditengah bidang pembelahan. Akhirnya , terbentuk dua sel anak yang mempunyai jumlah kromosom yang sama dengan kromosom induknya.

Hasil mitosis :
1. Satu Sel induk yang diploid (2n) menjadi 2 sel anakan yang masing – masing diploid.
2. Jumlah kromosom sel anak sama dengan jumlah kromosom sel induknya.

2. Sitokinesis 

Selama sitokinesis berlangsung, sitoplasma sel hewan dibagi menjadi dua melalui terbentuknya cincin kontraktil yang terbentuk oleh aktin dan miosin pada bagian tengah sel. Cincin kontraktil ini menyebabkan terbentuknya alur pembelahan yang akhirnya akan menghasilkan dua sel anak. Masing – masing sel anak yang terbentuk ini mengandung inti sel, beserta organel – organel selnya. Pada tumbuhan, sitokinesis ditandai dengan terbentuknya dinding pemisah ditengah – tengah sel. Tahap sitokinesis ini biasanya dimasukkan dalam tahap telofase.

2.   Pembelahan Meiosis

 Pembelahan Meiosis disebut juga pembelahan reduksi, di karena terjadinya pengurangan jumlah kromosom dalam prosesnya dari 2n menjadi n.

Menghasilkan sel anakan dengan jumlah kromosom separuh dari jumlah kromosom sel induknya. Contoh, sel induk gamet jantan (spermatogonium) merupakan sel yang diploid (2n) setelah membelah, sel anak yang terbentuk (spermatozoa) merupakan sel yang haploid (n).

Dalam pembelahan Meiosis terjadi dua kali pembelahan sel secara berturut –turut, tanpa diselingi adanya interfase, yaitu tahap meiosis 1 dan meiosis 2 dengan hasil akhir 4 sel anak dengan jumlah kromosom haploid (n).

MEIOSIS I

1. Profase I

     a. Leptoten

          Kromatin menebal membentuk kromosom.

     b. Zygoten

 Kromosom yang homolog mulai berpasangan, kedua sentriol bergerak menuju ke kutub yang berlawanan.

    c. Pakiten 

Tiap kromosom menebal dan mengganda menjadi dua kromatida dengan satu sentromer.

    d. Diploten 

Kromatida membesar dan memendek, bergandengan yang homolog dan menjadi rapat.

    e. Diakenesis

Ditandai dengan adanya pindah silang (crossing over) dari bagian kromosom yang telah mengalami duplikasi. Hal ini hanya terjadi pada meiosis saja,, yang dapat mengakibatkan terjadinya rekombinasi gen. nucleolus dan dinding inti menghilang. Sentriol berpisah menuju kutub yang berawanan, terbentuk serat gelendong diantara dua kutub.

2. Metafase 1

     Pada tahap ini, tetrad menempatkan dirinya pada bidang ekuator. Membrane inti sudah tidak tampak lagi dan sentromer terikat oleh spindel pembelahan.

3. Anafase I 

     Pada tahap ini, spindel pembelahan memendek dan menarik belahan tetrad (diad) ke kutub sel berlawanan sehingga kromosom homolog dipisahkan. Kromosom hasil crossing over yang bergerak ke kutub sel membawa materi genetic yang berbeda.

4. Telofase I

     Pada tahap ini, membrane sel membentuk sekat sehingga terbentuk dua sel anak yang bersifat haploid, tetapi setiap kromosom masih mengandung dua kromatid (siser cromatid) yang terhubung melalui sentromer.

MEIOSIS II

1. Profase II 

    a. Benang – benang kromatin berubah kembali menjadi kromosom.
    b. Kromosom yang terdiri dari 2 kromatida tidak mengalami duplikasi lagi.
    c. Nucleolus dan dinding inti menghilang.
    d. Sentriol berpisah menuju kutub yang berlawanan.
    e. Serat – serat gelendong terbentuk diantara 2 kutub pembelahan.

2. Metafase II

     Kromosom kebidang ekuator menggantung pada serat gelendong melalui sentromernya.

3. Anafase II

     Kromatida berpisah dari homolognya, dan bergerak menuju ke kutub yang berlawanan.

4. Telofase II

     a. Kromosom berubah menjadi benang – benang kromatin kembali.
     b. Nucleolus dan dinding inti terbentuk kembali.
     c. Serat – serat gelendong menghilang dan terbentuk sentrosom kembali.

Hasil meiosis :

1)      Satu sel induk yang diploid (2n) menjadi 4 sel anakan yang masing – masing haploid (n)

2)      Jumlah kromosom sel anak setengah dari jumlah kromosom sel induknya.

3)      Pembelahan meiosis hanya terjadi pada sel – sel generative atau sel – sel gamet seperti sperma dan ovum (sel telur)

3.   Pembelahan Sel Secara Amitosis atau Pembelahan Biner

    Proses pembelahan sel pada sel prokariotik berbeda dengan pembelahan sel pada eukariotik. Pada prokariotik pembelahan sel berlangsung secara sederhana yang meliputi proses pertumbuhan sel, duplikasi materi genetic, pembagian kromosom, dan pembelahan sitoplasma yang didahului dengan pembentukan dinding sel baru. Proses pembelahan yang demikian dinamakan amitosis, amitosis adalah pembelahan sel secara langsung tanpa melibatkan kromosom, contohnya pada sel bakteri.
            Kromosom hasil duplikasi, awalnya akan menempel pada membrane plasma. Selanjutnya, akan terjadi pertumbuhan antara dua tempat perlekatan kromosom untuk melakukan pemisahan materi inti. Kemudian akan terjadi sitokenesis yang diikuti dengan terbentuknya dinding sel baru hingga dua sel anakan terbentuk, pembelahan yang demikian juga sering disebut dengan pembelahan biner (binary fision) atau pembelahan sel secara langsung.

GAMETOGENESIS

Gametogenesis adalah proses diploid dan haploid yang mengalami pembelahan sel dan diferensiasi untuk membentuk gamet haploid dewasa. Tergantung dari siklus hidup biologisorganisme, gametogenesis dapat terjadi pada pembelahan meiosisgametosit diploid menjadi berbagai gamet atau pada pembelahanmitosis sel gametogen haploid. Contohnya, tanaman menghasilkan gamet melalui mitosis pada gametofit. Gametofit tumbuh dari spora haploid setelah meiosis spora.

Gametogenesis meliputi spermatogenesis dan oogenesis. spermatogenesis merupakan pembentukan sel kelamin jantan (inti sel sperma), oogenesis merupakan pembentukan sel kelamin betina (inti sel telur/ovum). Gametogenesis melibatkan proses pembelahan sel mitosis dan meiosis.

Gametogenesis pada Hewan Jantan (Spermatogenesis)

Spermatogenesis berasal dari kata sperma dan genesis (pembelahan). Pada spermatogenesis terjadi pembelahan secara mitosis danmeiosis. Spermatogenesis merupakan tahap atau fase-fase pendewasaan sperma di epididimis. Setiap satu spermatogonium akan menghasilkan empat sperma matang.

Tahap-tahapnya:

1.   Spermatogonium

Spermatogonium merupakan tahap pertama pada spermatogenesis yang dihasilkan oleh testis. Spermatogoium terbentuk dari 46 kromosomdan 2N kromatid.

2.   Spermatosit primer

Spermatosit primer merupakan mitosis dari spermatogonium. Pada tahap ini tidak terjadi pembelahan. Spermatosit primer terbentuk dari 46kromosom dan 4N kromatid.

3.   Spermatosit sekunder

Spermatosit sekunder merupakan meiosis dari spermatosit primer. Pada tahap ini terjadi pembelahan secara meiosis. Spermatosit sekunder terbentuk dari 23 kromosom dan 2N kromatid.

4.   Spermatid

Spermatid merupakan meiosis dari spermatosit sekunder. Pada tahap ini terjadi pembelahan secara meiosis yang kedua. Spermatid terbentuk dari 23 kromosom dan 1N kromatid.

5.   Sperma

Sperma merupakan diferensiasi atau pematangan dari spermatid. Pada tahap ini terjadi diferensiasi. Sperma terbentuk dari 23 kromosom dan 1N kromatid dan merupakan tahap sperma yang telah matang dan siap dikeluarkan.

Gametogenesis pada Hewan Betina (Oogenesis)

Gametogenesis pada hewan betina disebut oogenesis. Umumnya tahap-tahap oogenesis serupa dengan spermatogenesis. Sel induk telur (oogonium) menjadi besar sebelum membelah secara meiosis. Sel yang menjadi besar ini disebut oosit primer. Lalu oosit primer mengalami pembelahan meiosis I sehingga menjadi oosit sekunder. Lalu oosit sekunder mengalami pembelahan Meiosis II dan menjadi Ovum. Hasil dari OOgenesis adalah, dari total empat sel haploid hanya satu sel haploid saja yang fungsional menjadi sel ovum, sedangkan tiga sel lainnya mengalami degenerasi atau mati.

Gametogenesis pada Tumbuhan

Seperti hewan dan manusia, tumbuhan juga membentuk gamet untuk jenisnyapada tumbuhan berbiji, gamet jantan di bentuk didalam gametofit jantan, yaitu kepala sari.

A.   Mikrosporogenesis

Yaitu proses pembentukan gamet jantan pada tumbuhan . gamet jantan diproduksididalam butir serbuk sari melalui pembagian generatif sel menjadi dua inti sperma.Kepala sari (anther ) tersusun oleh 4 ruang serbuk sari yang disebut denganmikrosporangium.

Dalam mikrosporangium itu terkandung sel – sel induk mikrospora yang diploid ( 2n kromoson ) dan memiliki sitoplasma dan nucleus yang besar. Secara lengkap proses Mikrosporogenesis adalah sebagai berikut :

·         Nukleus sel induk mikrospora membelah diri secara miosis. Dari setiap satu nukleus terbentuk 4 nukleus baru yang memiliki

·         Terbentuk dinding pemisah yang memisahkan tiap2 nukleus sehingga terbentuk 4sel mikrospora itu disebut tetrad.

·         Tiap-tiap sel mikrospora memisahkan diri namun tetap berada didalam mikrosporangium.

·         Inti dari sel mikrospora kemudian mengalami pembelahan pembelahan inidisebut kariokinesis) sehingga tiap2 sel mikrospora mempunyanyi dua inti satuinti disebut inti sel tabung (inti vagetatif) dan inti lainnya disebut inti generatif.

·         Sel mikrospora tumbuhmenjadi serbuk sari dan sel vagetatif membentuk buluh serbuk sari.

·         Sel genetatif dalam buluh sebuk sari membelah lagi namun tidak terjadisitokinesis. Sari satu inti generatik terbentuk 2 inti genetatif yang masing masinghaploid. Kedua inti genetif terbentuk 2 inti genetif sperma. Dengan demikiandidalam buluh serbuk sari terkandung 3 inti yaitu satu inti vagetatif ( inti seltabung )dan dua inti genetif (inti sperma).pada saat itu sel mikrospora tumbuhmenjadi serbuk sari.