Biologi Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9
65Gen dan DNA
Kromosomnya mengangkut penentunya — tetapi sebuah benang belumlah sebuah teks. Apa, di sepanjang sebuah kromosom, yang merupakan satu penentu? Dan benangnya terbuat dari apa, sehingga sebuah inti sel yang lebarnya seperseribu milimeter dapat memuat petunjuk bagi seorang manusia utuh (Latihan 63.12)? Dua nama menjawabnya, dan keduanya yang paling termasyhur dalam biologi modern: gen, dan DNA.
65.1 Gen: penentunya, ditemukan tempatnya
Definisi 65.1 (Gen dan alel)
Sebuah gen adalah satu penentu yang dibuat tepat: sebuah ruas kromosom yang mengangkut petunjuk bagi satu keping pembangunan sebuah sifat — satu gen bagi permesinan golongan darahnya, yang lain bagi zat warna matanya, ribuan demi ribuan di sepanjang ke-46 benangnya, masing-masing pada alamatnya yang tetap. Sebuah gen dapat hadir dalam beberapa versi — alel: versi A, B dan O pada gen golongan darahnya, versi cokelat dan biru pada gen warna matanya. Alamat sama, ejaan berbeda.
Proposisi 65.2 (Dua salinan, dan apa arti memperlihatkan)
Kromosomnya hadir berpasangan (Proposisi 64.2) — sehingga setiap gen hadir dalam dua salinan, satu pada tiap mitranya, satu dari tiap orang tuanya. Kedua salinannya boleh alel yang sama atau berbeda; bila berbeda, yang satu dapat diungkapkan dan yang lain diangkut diam-diam — dan misteri album keluarganya terurai menjadi mekanisme:
- pengangkutan-tanpa-memperlihatkan (Contoh 63.5): alel yang diam menumpang pada mitra keduanya;
- anak bergolongan O dari orang tua A dan B (Soal 63.1): tiap orang tua mengangkut O secara diam, dan pembagian duanya membagikan kedua O itu bersamaan;
- anak bermata biru dari orang tua bermata cokelat: dua biru yang diam, bertemu — satu peluang dari empat, bila kedua orang tuanya masing-masing mengangkut satu: pembagian duanya membagikan biru tiap orang tua dengan satu peluang dari dua, dan kedua pembagiannya saling bebas.
Bukti. Diterima tanpa bukti pada tingkat ini. ∎
Contoh 65.3 (Golongan darahnya, dimesinkan sepenuhnya)
Satu gen, tiga alel, dua salinan tiap orang: A bersama A atau O memperlihatkan golongan A; B bersama B atau O memperlihatkan B; A bersama B memperlihatkan AB (keduanya diungkapkan — alel tidak selalu dapat didiamkan); O bersama O memperlihatkan O. Seluruh pola daftar donornya — termasuk setiap “kejutan” — adalah hitungan pembagian dua salinannya.
65.2 DNA: teksnya tertulis dalam apa
Definisi 65.4 (DNA)
Secara kimiawi, sebuah kromosom adalah satu molekul DNA yang teramat panjang dan menggulung (beserta protein pengemasnya): sebuah untai ganda — tangga terpilin yang termasyhur itu — yang anak tangganya adalah pasangan empat huruf kimiawi. Urutan hurufnya di sepanjang untainya itulah keterangannya: sebuah gen adalah sepenggal urutan itu, seperti sebuah kalimat adalah sepenggal halaman. Empat huruf, tiga miliar banyaknya dalam satu tumpukan manusia — cukup teks bagi seluruh perangkat petunjuk sebuah pembangunan, tergulung di setiap inti selnya.
Contoh 65.5 (Melihatnya sendiri)
DNA dapat disarikan di dapur: lumatkan sebuah pisang atau sebutir bawang, tambahkan air garam dan sedikit sabun cuci piring (membrannya diuraikan — selubung pada Definisi 45.1 adalah sasarannya), saring, lalu lapiskan alkohol yang dingin di atasnya: pada batasnya naiklah segumpal benang keputihan, yang dapat digulung pada sebatang tusuk gigi. Benang itulah DNA — molekul sungguhan bab ini, dalam sentimeter yang sungguhan.
Proposisi 65.6 (Apa yang dijelaskan struktur DNA)
Untai gandanya bukanlah hiasan — tiap sifatnya menjawab sebuah pertanyaan lama:
- penyalinannya (pembelahan setia pada Proposisi 29.7): kedua untainya saling melengkapi huruf demi huruf, sehingga bila ditarik terpisah, masing-masing membangun ulang mitranya — satu tangga menjadi dua tangga yang serupa, satu bagi tiap sel anaknya;
- alelnya: versi sebuah gen adalah perbedaan ejaan yang kecil pada urutannya — alamat yang sama, huruf yang berubah;
- mutasi: penyalinannya nyaris sempurna, bukan sempurna — sebuah huruf yang jarang tersalin keliru menciptakan sebuah alel baru. Sebagian besar netral, kadang merugikan, sesekali berguna: mutasi adalah asal ejaan yang segar, dan akhirnya asal semua alel — kebaruan mentah yang akan dibutuhkan Bab 68;
- pembacaannya: sebuah sel memakai sebuah gen dengan membaca urutannya lalu membangun molekul kerja yang bersesuaian — dan tiap jenis sel membaca pilihannya sendiri dari perpustakaannya: teka-teki pada Latihan 64.12, terpecahkan seperti dijanjikan.
Bukti. Diterima tanpa bukti pada tingkat ini. ∎
Catatan 65.7 (Satu sandi, seluruh kehidupan)
Fakta yang terdalam datang terakhir: setiap makhluk hidup menuliskan gennya dengan huruf DNA yang sama lalu membacanya dengan sandi yang sama — pohon ek, ragi, paus, mikroba pada Bab 43, kamu. Inilah kesatuan kehidupan (Proposisi 29.2) pada dasarnya, dan bukti terkuat sejauh ini bagi pohon kekerabatannya (Catatan 44.8): bahasa yang sama menghujahkan asal yang sama. Inilah juga sebabnya rekayasa genetika dapat berjalan sama sekali — sebuah gen yang dipindahkan antarspesies tetap dapat dibaca, seperti sebuah kalimat yang difotokopi ke dalam buku lain.
Metode 65.8 (Pembacaan tiga tingkatnya)
Setiap pertanyaan pewarisan sifat kini dapat dibaca pada tiga tingkat — berlatihlah berpindah-pindah:
- tingkat keluarganya: siapa yang memperlihatkan, siapa yang mengangkut, siapa yang meneruskan (Bab 63);
- tingkat kromosomnya: benang mana, dibagi dua lalu dipulihkan, yang mengangkut pembagiannya (Bab 64);
- tingkat molekulnya: gen mana, alel mana, ejaan apa — dan, bagi sebuah sifat yang baru, mutasi apa.
Satu kisah, tiga perbesaran; sebuah jawaban lengkap bila ia berjalan pada ketiganya.
65.3 Latihan
Latihan 65.1 ★
Latihan 65.2 ★
Mengapa setiap gen hadir dalam dua salinan, dan di mana keduanya duduk?
Solusi
Solusi Latihan 65.2.
Karena kromosomnya hadir berpasangan: satu salinan tiap gennya menumpang pada tiap mitranya — satu dari ibunya, satu dari ayahnya, pada alamat yang sama.
Latihan 65.3 ★
Apa keterangan DNA itu, secara ragawi? Berapa banyak hurufnya, dari berapa jenis, dalam satu tumpukan manusia?
Solusi
Solusi Latihan 65.3.
Urutan huruf kimiawinya di sepanjang untainya. Empat jenis huruf, kira-kira tiga miliar banyaknya dalam satu tumpukan manusia.
Latihan 65.4 ★
Bagaimana untai gandanya memungkinkan penyalinan yang setia?
Solusi
Solusi Latihan 65.4.
Kedua untainya saling melengkapi huruf demi huruf: bila ditarik terpisah, masing-masing membangun ulang mitranya, dan satu tangga menjadi dua tangga yang serupa — satu salinan penuh tiap sel anaknya.
Latihan 65.5 ★
Apa itu mutasi, dan apa ketiga wataknya yang mungkin?
Solusi
Solusi Latihan 65.5.
Sebuah kekeliruan penyalinan yang jarang — huruf yang berubah lalu menciptakan sebuah alel yang baru. Sebagian besar netral, kadang merugikan, sesekali berguna.
Latihan 65.6 ★
Nyatakan fakta pada Catatan 65.7 dan kedua akibatnya.
Solusi
Solusi Latihan 65.6.
Semua makhluk hidup menuliskan lalu membaca gennya dengan huruf dan sandi DNA yang sama. Akibatnya: bukti terkuat bagi asal yang sama — dan dapat dikerjakannya pemindahan gen antarspesies, karena bahasanya cocok di mana-mana.
Latihan 65.7 ★★
Mesinkan anak bermata biru dari orang tua bermata cokelat: salinannya, pembagiannya, dan satu-dari-empatnya.
Solusi
Solusi Latihan 65.7.
Tiap orang tua mengangkut cokelat bersama biru — cokelat diungkapkan, biru diam. Masing-masing membagikan biru dengan satu peluang dari dua; pembagiannya saling bebas, sehingga biru-bersama-biru mendarat dengan satu peluang dari empat — itulah anak bermata birunya.
Latihan 65.8 ★★
Kerjakan Contoh 65.3: sebutkan pasangan alel di balik masing-masing keempat golongannya.
Solusi
Solusi Latihan 65.8.
Golongan A: A bersama A, atau A bersama O. Golongan B: B bersama B, atau B bersama O. Golongan AB: A bersama B — keduanya diungkapkan. Golongan O: O bersama O.
Latihan 65.9 ★★
Pecahkan Latihan 64.12 dalam istilah bab ini: apa yang dibaca sebuah neuron yang tidak dibaca sebuah sel kulit?
Latihan 65.10 ★★
Perikan penyarian dapurnya dan apa yang dikerjakan tiap bahan dapurnya.
Solusi
Solusi Latihan 65.10.
Lumatkan buahnya (selnya dibuka); air garam dan sabun cuci piring (membrannya — selubung selnya dan inti selnya — dilarutkan, DNA-nya dibebaskan lalu dijaga tetap larut); saring (rerongsokannya keluar); alkohol dingin dilapiskan di atasnya (DNA-nya keluar dari larutan pada batasnya): benang keputihan yang dapat digulung — molekulnya sendiri.
Latihan 65.11 ★★
Jalankan ketiga tingkat Metode 65.8 pada dagu kapel Soal 63.1.
Solusi
Solusi Latihan 65.11.
Tingkat keluarganya: dagunya berulang di sepanjang garis reproduksinya, diangkut tanpa diperlihatkan menembus satu angkatan. Tingkat kromosomnya: penentunya menumpang pada satu benang, dibagi dua ke dalam gametnya lalu dipulihkan pada pembuahannya, dibagikan kepada sebagian anaknya dan tidak kepada yang lain. Tingkat molekulnya: ia sebuah alel — sebuah ejaan pada suatu gen pembentuk wajah — yang disalin dengan setia sepanjang abadnya sejak mutasi yang pertama kali menuliskannya.
Latihan 65.12 ★★★
“Mutasi menulis, pengocokan membagikan, pengungkapan memperlihatkan.” Tetapkan mekanisme dan bab bagi tiap kata kerjanya — lalu nyatakan yang mana dari ketiganya yang menciptakan ejaan yang sungguh baru.
Solusi
Solusi Latihan 65.12.
Mutasi menulis: kekeliruan penyalinannya menciptakan ejaan yang baru — tingkat molekulnya, bab ini. Pengocokan membagikan: pembagian dua dan pembuahannya menyerahkan gabungan yang segar kepada tiap anaknya — tingkat kromosomnya, Bab 64 (dan Proposisi 54.5). Pengungkapan memperlihatkan: dari kedua salinan yang dibagikan, apa yang ditampilkan dan apa yang menumpang diam — aturan dua salinan pada bab ini. Hanya mutasi yang menciptakan ejaan yang sungguh baru; dua yang lain menggabungkan ulang lalu menyingkapkan apa yang pernah ditulis mutasinya.
65.4 Soal: Mesin Fotokopi yang Rusak
Soal 65.1
Soal akhir pekan — satu gen diikuti dari ejaannya sampai pohon keluarganya
Ikutilah satu kasus (rekaan tetapi khas): sebuah gen zat warna yang alel bekerjanya, P, membangun zat warna kulit-dan-rambut; lama berselang, sebuah kekeliruan penyalinan menciptakan alel rusaknya, p — salah eja sampai tak terbaca, tidak membangun apa pun. Pengangkut P bersama p tampak biasa; seorang anak yang dibagikan p dan p tidak membangun zat warna sama sekali — rambut dan kulit yang sangat pucat, mata yang rapuh terhadap matahari (keadaan ini ada pada banyak spesies).
Bagian I — Tingkat molekulnya.
- Sebutkan asal p, menurut Proposisi 65.6 — apa yang secara ragawi terjadi, sekali, pada garis benih seorang nenek moyangnya?
- Mengapa P-bersama-p tampak biasa? Kata kosakata yang mana yang memerikan tumpangan p?
- Mengapa p-bersama-p mengubah pembangunannya? Apa yang hilang, dan dari jenis permesinan bab yang mana (Definisi 65.1)?
- Keadaannya muncul pada banyak spesies. Apa yang diramalkan Catatan 65.7 tentang ejaan gen zat warnanya?
Bagian II — Tingkat kromosom dan keluarganya.
- Dua orang tua pengangkut (masing-masing P bersama p): sebutkan keempat pembagian yang sama mungkinnya bagi satu anak, dan peluang pembangunan p-bersama-p.
- Anak perempuan p-bersama-p mereka lahir dari dua orang tua yang tampak biasa. Misteri album yang mana (Contoh 63.5) yang baru saja berjalan dengan mekanisme penuh?
- Anak sang putri sendiri bersama seorang pasangan P-bersama-P: apa yang diangkut mereka semua, dan apa yang tidak diperlihatkan seorang pun dari mereka?
- Telusuri kendaraan alelnya untuk satu penerusan: tumpangan p dari neneknya ke cucunya, benang dan gamet demi benang dan gamet.
Bagian III — Laporan tiga tingkatnya.
- Tuliskan kasusnya pada ketiga tingkat Metode 65.8, satu kalimat masing-masing.
- Seorang teman sekelas bertanya mengapa ejaan yang rusak itu tidak sekadar “diperbaiki hilang” sejak lama. Jawablah dengan penampilan biasa pengangkutnya — di mana p bersembunyi dari penghakiman atas akibatnya?
- Perlindungan matahari lebih penting bagi sang putri daripada bagi orang tua pengangkutnya. Hubungkan sifat, pasangan alel dan lingkungannya dalam satu kalimat (tenunan pada Proposisi 63.4).
- Tutuplah dengan gambaran mesin fotokopinya yang dibuat tepat: apa yang menyalin, apa yang sekali tersalin keliru, dan mengapa kekeliruannya kini disalin dengan setia.
Solusi
Solusi Soal 65.1.
1. Sebuah mutasi: kekeliruan penyalinan pada gen zat warnanya, sekali, pada garis gamet seorang nenek moyangnya — hurufnya berubah, petunjuknya rusak, dan salah ejanya disalin dengan setia sejak itu.
2. Karena petunjuk bekerja P membangun zat warnanya tanpa peduli mitranya yang diam: p menumpang diangkut tanpa diperlihatkan — kata album keluarganya, kini menjadi molekuler.
3. Dengan p pada kedua mitranya, tidak ada petunjuk bekerja pada satu alamat pun: permesinan zat warnanya — hasil gennya — sama sekali tidak pernah dibangun. Sifatnya adalah ketiadaan sebuah ejaan yang bekerja.
4. Bahwa gen zat warnanya adalah gen yang sama sampai dapat dikenali — urutan yang mirip dalam sandi yang sama — salinan sekerabat dari satu teks nenek moyang, yang rusak secara sendiri-sendiri pada riwayat tiap spesiesnya.
5. Keempat pembagiannya: P-bersama-P, P-bersama-p, p-bersama-P, p-bersama-p — sama mungkinnya. Pembangunan tanpa zat warnanya: satu peluang dari empat.
6. Lompatannya: dua pengangkut yang menampilkan zat warnanya meneruskan apa yang tidak diperlihatkannya, dan ejaan yang tersembunyi itu bertemu — Contoh 63.5 berjalan dengan mekanisme penuh.
7. Semuanya mengangkut satu p — seluruh sumbangan ibunya pada alamat itu adalah p. Tidak satu pun memperlihatkan keadaannya: P pasangannya membangun zat warnanya pada mereka semua.
8. p neneknya menumpang pada satu kromosom sepasang; pembagian dua gametnya membagikan mitra itu ke dalam telur atau sperma yang membuat orang tua pengangkutnya; pembagian dua orang tuanya membagikannya lagi ke dalam gamet yang membuat cucunya — benang ke gamet ke zigot, dua kali pula.
9. Keluarganya: dua orang tua yang tampak biasa, seorang anak satu-dari-empat, pengangkutannya dibuktikan oleh kelahirannya. Kromosomnya: mitra sepasang yang mengangkut P dan p, dibagi dua lalu digabungkan ulang. Molekulnya: satu gen, satu alel bekerja dan satu alel salah eja, dan perbedaan ejaannya memutuskan segalanya.
10. Dari setiap penghakiman: pada seorang pengangkut, kerusakan p tidak terlihat — P mitranya menutupinya, sehingga tidak ada apa pun pada pembangunan pengangkutnya yang “melaporkan” salah ejanya. Apa yang tak dapat dilihat tak dapat diperbaiki hilang; ejaan yang tersembunyi bertahan tanpa batas waktu.
11. Sifatnya (tanpa zat warna) adalah turunan — p-bersama-p — tetapi akibatnya dijalani di dalam sebuah lingkungan yang penuh matahari: zat warna yang hilang itu adalah tabir surya tubuhnya, sehingga lingkungannya menulis padanya lebih banyak daripada pada orang tuanya yang terlindung — warisannya menetapkan rentangnya, dunianya mengisinya.
12. Yang menyalin: untai gandanya, dan tiap separuhnya membangun ulang mitranya pada setiap pembelahan sel dan setiap angkatan. Yang sekali tersalin keliru: beberapa huruf gen zat warnanya, pada satu gamet purba. Mengapa kekeliruannya bertahan: mesin fotokopinya setia — ia menyalin apa pun yang ada, salah eja dengan kesetiaan yang sama seperti makna.