Gen, Inovasi Kehidupan!

Gen, Inovasi Kehidupan!

Gen, Inovasi Kehidupan!

Gen, Inovasi Kehidupan! Š Akademi Sains Malaysia 2020 Tiada mana-mana bahagian dari penerbitan ini yang boleh diterbitkan semula, disimpan dalam bentuk yang boleh diperolehi semula atau disiarkan dalam apa jua bentuk dan cara sama ada elektronik, mekanikal, fotokopi, rakaman atau selainnya sebelum mendapat izin daripada pemilik hak cipta.

Diterbitkan oleh: Akademi Sains Malaysia Tingkat 20, Menara Barat, Menara MATRADE Jalan Sultan Haji Ahmad Shah off Jalan Tuanku Abdul Halim 50480 Kuala Lumpur, Malaysia

Perpustakaan Negara Malaysia Gen, Inovasi Kehidupan!.

ISBN 978-983-2915-53-9 1. Genetics--Study and teaching.

2. Cells--Study and teaching.

3. Government publications--Malaysia.

576.507

Data Pengkatalogan-dalam-Penerbitan

Penulis Chan Kok Meng (Universiti Kebangsaan Malaysia) Fatin Aliah Phang (Universiti Teknologi Malaysia) Manraj Singh Cheema (Universiti Putra Malaysia) Mas Jaffri Masarudin (Universiti Putra Malaysia) Tan Suat Cheng (Universiti Sains Malaysia) Siti Fathiah Masre (Universiti Kebangsaan Malaysia) Razinah Sharif (Universiti Kebangsaan Malaysia) Sharifah Sakinah Syed Alwi (Universiti Putra Malaysia) Hanis Mastura Yahya (Universiti Kebangsaan Malaysia) Seri Narti Edayu Sarchio (Universiti Putra Malaysia) Nur Fariesha Hashim (Universiti Putra Malaysia) Zulkeey Othman (Universiti Putra Malaysia) Cheah Yoke Kqueen (Universiti Putra Malaysia) Pasupuleti Visweswara Rao (Universiti Malaysia Sabah)

Penghargaan Kementerian Sains, Teknologi dan Inovasi Malaysia Kementerian Pendidikan Malaysia Pusat STEM Negara Dr Ihsan Ismail Dr Lay Ah Nam Puan Nor Ruzaini Bt Jailani @ Bakar Akademi Sains Malaysia Profesor Datuk Dr Asma Ismail FASc Dato Dr Sharifah Maimunah Syed Zin FASc Puan Hazami Habib Tengku Sharizad Tengku Chik Norazwa Musiran Norlina Hussin Natrah Rafiqah Abd Jalil Hazrul Liki Hendy Putra Herman Helmy Akmal Zulqurnain Mohd Najmie Mohd Yusoff

Kandungan Prakata

2

Panduan Penggunaan Modul

4

Bahagian A: Aktiviti Pembelajaran Sains Berdasarkan Inkuiri/Inquiry-Based Science Education (IBSE) untuk Guru 7 1. Pengenalan 8

Sesi 1. Perbezaan Ciri Organisma 9

Sesi 2. Fenotip – Struktur Sel Tumbuhan dan Haiwan 10

Sesi 3. Genotip, Gen dan Asid Deoksiribonukliek (DNA) 16 Sesi 4. Penyuntingan Gen 27 Sesi 5. Aplikasi penyuntingan Gen 28

Bahagian B: Informasi Saintifik 2.

Unit Asas kehidupan: Sel

2.1. Mendalami Dunia Sel

2.2. Organel Sebagai Pemangkin Kehidupan 3.

Menatapi Kehidupan dari Sudut Biomolekul 3.1. Karbohidrat

3.2. Protein

3.3. Lipid

3.4. DNA & Asid Ribonukleik (RNA) 4.

Menatapi Kehidupan dari Sudut Genetik 4.1. Fenotip

4.2. Genotip 5.

Fungsi Sel

33 34 34 35 46 46 49 56 58 62 62 62 66

6.

6.1.

66 71 77 79 93 95

5.1. Komunikasi Antara Sel 5.2. Metabolisme Sel: Katabolisme dan Anabolisme 5.3. Sel Bernafas untuk Penghasilan Tenaga 5.4. Pentaksiran Kod Kehidupan untuk Penggandaan Sel dan Penghasilan Protein Penyuntingan Gen Sebagai Teknik Mengawal Atur Kuasa Gen Bioetika dan Penyuntingan Gen

Glosari

97

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Prakata Penurunan bilangan dan peratusan pelajar dalam menyertai kelas aliran sains merupakan satu isu yang kritikal dalam pembangunan negara.

Kesan penurunan ini boleh menyebabkan negara kekurangan tenaga kerja berkemahiran tinggi dalam bidang sains, teknologi, kejuruteraan dan matematik (STEM) sedangkan dunia kini sedang beralih ke Revolusi Industri 4.0. Pelajar sekolah semakin hilang minat untuk mengambil mata pelajaran STEM kerana pengajaran dan pembelajaran STEM di sekolah tidak memberi makna kepada kehidupan seharian mereka, sukar difahami dan kurang elemen penyiasatan sebagaimana ahli sains meneroka ilmu sains melalui pelbagai percubaan yang menyeronokkan.

2

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Sehubungan dengan itu, modul ini dirangka bagi membantu guru menjadikan kelas STEM lebih menyeronokkan dan bermakna kepada pelajar melalui pendekatan pembelajaran Sains berasaskan inkuiri atau Inquiry-Based Science Education (IBSE). Siri modul ini mengambil tema Emerging Technologies manakala modul ini mengetengahkan salah satu teknologi termaju ini iaitu Teknologi Penyuntingan Gen. Ilmu asas dan terkini berkenaan topik ini disusun dalam modul ini bagi membantu guru memahami teknologi ini secara mendalam supaya mereka boleh menjalankan IBSE secara efektif dan yakin. Modul ini juga memberikan cadangan aktiviti dan bahan yang sesuai berasaskan IBSE untuk penggunaan guru dalam kelas mereka supaya inkuiri penemuan dan penyiasatan boleh dijalankan oleh pelajar. Guru boleh menyesuaikan aktiviti mengikut tahap pelajar dan sukatan mata pelajaran sekolah rendah atau menengah. Modul ini akan lebih efektif bagi guru yang telah melalui kursus IBSE.

3

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Panduan Penggunaan Modul Modul

4

ini

dibahagikan

mengikut

soalan

Pertama sekali, modul ini adalah untuk

untuk diterokai, pertamanya oleh guru sendiri sebelum ia boleh digunakan dalam kelas. Guru perlu memahami ilmu yang berkaitan dengan topik teknologi penyuntingan gen yang merupakan salah satu teknologi termaju. Ilmu asas sains dan matematik di sebalik teknologi ini dijelaskan supaya guru boleh menjalankan aktiviti IBSE atau mereka bentuk aktiviti IBSE sendiri. Dengan adanya pemahaman yang jelas tentang teknologi ini dan ilmu-ilmu asas ini, guru boleh membimbing pelajar dengan soalan yang lebih efektif dan yakin untuk memberikan peluang seluas-luasnya kepada pelajar untuk meneroka dan menyiasat pelbagai fenomena sains biologi yang asas.

Walaupun topik modul ini tidak disusun mengikut sukatan pelajaran sekolah secara langsung, guru boleh memilih aktiviti dan tajuk yang sesuai dengan tahap pelajar atau mengubah suai aktiviti mengikut sukatan pelajaran sekolah.

kegunaan guru, isi kandungannya ditulis untuk pemahaman guru dan bukan untuk bacaan pelajar. Guru perlu memahami topik ini melalui kandungan yang disediakan.

Kemudian guru boleh menjalankan aktiviti yang disediakan dalam modul ini. Cadangan hasil pembelajaran, aktiviti, bahan, masa dan soalan adalah disediakan. Guru boleh juga mengubah suai atau mereka bentuk aktiviti IBSE baharu selepas mendapat pemahaman yang lebih mendalam tentang ilmu asas sains dan teknologi yang dijelaskan dalam modul ini.

Tujuan akhir modul ini adalah supaya pelajar diberikan peluang untuk mempelajari ilmu STEM seperti seorang ahli sains yang sentiasa meneroka, menyiasat, menyoal, mencuba, meramal, berbincang, merefleks dan mencatat. Dengan ini, guru yang mengamalkan IBSE dengan berkesan bukan sahaja melahirkan pelajar yang minat kepada STEM, malahan dapat menajamkan fikiran mereka serta memahami ilmu STEM dengan lebih bermakna. Pada masa yang sama, guru juga akan lebih memahami ilmu STEM kerana sama-sama menjalankan penyiasatan bersama dengan pelajar.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Modul ini tidak memberikan langkah demi langkah untuk pelaksanaan kelas IBSE kerana IBSE merupakan satu pendekatan yang tidak ada langkah pengajaran secara khusus. Walau bagaimanapun, guru perlu cuba mengikuti 10 prinsip IBSE seperti berikut: 1. Memberikan peluang kepada pelajar untuk membuat pemerhatian tentang objek atau fenomena secara langsung.

2. Dalam proses penyiasatan, pelajar menggunakan perdebatan dan penaakulan, pengumpulan idea dan keputusan penyiasatan, perbincangan dan pembinaan ilmu.

Pelajar tidak seharusnya menumpukan kepada aktiviti uji kaji secara manual semata-mata.

3. Guru menyusun aktiviti mengikut susunan sesuatu modul dengan memberikan pelajar kebebasan untuk meneroka secara berdikari.

4. Sekurang-kurangnya 2 jam seminggu diperuntukkan untuk meneroka tema yang sama selama beberapa minggu. Ini bagi memastikan kesinambungan pembelajaran dan pedagogi.

5. Setiap pelajar menyimpan sebuah jurnal sains untuk mencatat penyiasatan, refleksi, idea dan perbincangan mereka.

6. Objektif utama IBSE adalah pelajar dapat menerima dan menggunakan konsep dan teknik saintifik secara lisan dan bertulis.

7. Ahli keluarga dan masyarakat digalakkan terlibat dalam proses penyiasatan pelajar.

8. Institut pengajian tinggi dan agensi sains terlibat dalam menyokong proses penyiasatan pelajar.

9. Guru IBSE berkongsi pengalaman dan bahan pelaksanaan kelas IBSE. 10. Guru IBSE mendapatkan bahan, modul, idea dan aktiviti di pusat sumber atas talian seperti laman web Yayasan La main à la pâte (LAMAP), juga dengan guru lain, jurulatih dan para saintis.

Diharap modul ini dapat membantu guru STEM menarik minat pelajar terhadap STEM serta akhirnya dapat menguasai ilmu STEM kerana mendapat pengalaman pembelajaran yang lebih bermakna. Selamat mencuba.

5

Bahagian A

AKTIVTI IBSE UNTUK GURU

GEN, GEN, INOVASI INOVASI KEHIDUPAN! KEHIDUPAN! | YOUNG | YOUNG SCIENTISTS SCIENTISTS NETWORK NETWORK MALAYSIA MALAYSIA

01

PENGENALAN

Organisma multisel seperti tumbuhan dan haiwan termasuk manusia terdiri daripada sel-sel sebagai unit asas. Jumlah sel dalam tumbuhan dan haiwan adalah berbeza bergantung kepada spesies. Jumlah bilangan sel yang ada pada manusia dianggarkan sebanyak 30-40 trilion. Terdapat pelbagai jenis

sel, pengawal-aturan jenis dan bilangan sel, penghasilan tenaga dan juga pengawalaturan metabolisme. Perubahan atau modifikasi pada gen seperti mutasi boleh mengakibatkan perubahan pada sifat fenotip sel yang seterusnya mengganggu kemandirian sesuatu organisma. Pemahaman terhadap genom dan

sel dan setiap jenis sel dalam organisma mutlisel menjalankan fungsi tersendiri. Disebabkan kepelbagaian ini, setiap jenis sel mempunyai struktur, saiz, bentuk dan juga kandungan organel yang berbeza bergantung kepada fungsi sesuatu sel tersebut. Sebagai contoh, sel saraf atau neuron haiwan mempunyai struktur yang panjang supaya ia boleh menghantar isyarat dari otak ke otot secara cepat dan efisien, manakala sel kardiak mempunyai banyak mitokondria kerana ia memerlukan banyak tenaga untuk pengepaman jantung. Kesemua sel ini berhubung dan bekerjasama secara harmoni dalam menjalankan fungsi untuk memastikan kemandirian sesuatu organisma.

ketersediaan teknologi terkini terutamanya dalam kaedah penyuntingan gen boleh memperbetulkan kesilapan/perubahan dalam gen tersebut yang secara langsung berpotensi untuk rawatan penyakit genetik manusia pada masa hadapan. Malahan, pengetahuan ini juga telah diaplikasi bagi tujuan modifikasi gen pada tumbuhan untuk memberikan kelebihan seperti kemampuan optimum untuk sifat kerentanan terhadap penyakit dan hasilan yang tinggi dalam bidang pertanian.

Hampir kesemua sel daripada organisma hidup mempunyai asid deoksiribonukleik (DNA), iaitu juzuk utama yang membentuk bahan genetik.

DNA ialah sejenis molekul yang juga dikenali sebagai ‘kod kehidupan’ diwarisi daripada satu generasi ke generasi seterusnya semasa reproduksi. Terma ‘genom’ diguna pakai untuk merujuk kepada keseluruhan jujukan DNA sesuatu organisma. Genom sesuatu organisma merangkumi gen-gen iaitu jujukan DNA yang mempunyai fungsi spesifik dalam penghasilan protein yang diperlukan untuk pelbagai peranan biologi termasuk perkembangan

8

Modul Penyuntingan Gen yang dihasilkan oleh Science Education Working Group, Young Scientists Network bertujuan memudahkan guru untuk mengajar biologi asas menggunakan pendekatan IBSE. Modul ini merangkumi dua bahagian iaitu aktiviti IBSE yang merangkumi lembaran kerja dan pengetahuan asas. Harus ditekankan bahawa para guru boleh menggunakan kreativiti masing-masing dan tidak semestinya mengikuti panduan ini sepenuhnya dalam melakukan aktiviti IBSE.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Sesi 1 PERBEZAAN CIRI ORGANISMA Tempoh

30 minit

Bahan-bahan

Untuk setiap pelajar • Jadual 1 & 2

Hasil pembelajaran

• •

Membandingkan perbezaan fizikal sesuatu organisma.

Mengaplikasikan pendekatan penyiasatan: untuk mengetahui bagaimana untuk memerhatikan dan mempersoalkan.

Memperoleh maklumat baharu.

• Rujukan Bahagian A

Melihat kehidupan dari sudut biomolekul (fenotip).

Soalan permulaan Sesi ini bermula dengan guru menerangkan bahawa setiap organisma adalah unik dan mempunyai ciri-ciri yang berbeza antara satu sama lain. Guru kemudiannya meminta para pelajar mencari pasangan; guru-guru boleh mencadangkan pelajar berpasangan dengan rakan di sebelahnya, dan kemudian meminta para pelajar meneliti ciri-ciri yang terdapat pada pasangannya. Selepas pemerhatian dibuat, pelajar diminta menjawab soalan-soalan berikut: 1. Apakah persamaan di antara anda dan rakan anda?

2. Adakah terdapat perbezaan di antara anda dan rakan anda?

(Minta pelajar berkongsi dengan rakan-rakan lain di dalam kelas. Guru kemudian merekod jawapan-jawapan pelajar melalui kata kunci seperti “mata”, “tinggi”, “rambut”, “telinga”, dsb. Jawapan disenaraikan dan direkodkan di papan hitam).

3. Bandingkan perbezaan rakan anda dengan pasangan lain. Adakah mereka mempunyai perbezaan ciri yang sama dengan pasangan anda?

Pengumpulan (‘Pooling’) Guru mengadakan sesi pengumpulan dan menerangkan bahawa setiap individu mempunyai perbezaan antara satu sama lain. Guru kemudian mengemukakan soalan berikut: 1. Jika kita boleh mengenal pasti perbezaan atau persamaan di antara pasangan kita, bagaimana kita boleh mencirikannya? (Guru membantu pelajar mengkategorikan jawapan mereka, seperti “warna mata”, “bentuk muka”, “ketinggian”, “bentuk telinga”, dsb.)

Guru kemudian meminta pelajar membentuk satu jadual untuk merekodkan pencirian bagi persamaan dan perbezaan yang dibincangkan. Gunakan jadual di bawah sebagai panduan.

Jadual 1: Rekod persamaan/perbezaan antara individu.

Ciri-ciri

Sama / Berbeza

Warna mata

✓

Bentuk muka

✓

Ketinggian

✕

9

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Guru kemudian meminta pelajar untuk menerangkan jawapan mereka berdasarkan soalan (1) bahagian Pengumpulan. Gunakan Jadual 2 sebagai panduan.

Jadual 2: Pencirian perbezaan/persamaan antara individu.

Ciri-ciri

Saya

Rakan saya

Warna mata

Saya mempunyai mata berwarna…

Rakan saya mempunyai mata berwarna…

Bentuk muka

Muka saya berbentuk…

Muka rakan saya berbentuk…

Ketinggian

Saya lebih tinggi/rendah…

Rakan saya lebih tinggi/rendah…

2. Kenapa terdapat perbezaan di antara anda dan rakan anda?

3. Apakah yang sebenarnya menentukan kewujudan perbezaan atau persamaan ciri-ciri di antara anda dan rakan anda?

Kesimpulan Pelajar secara kolektif menghasilkan kesimpulan dalam bentuk sintesis. Mereka dapat mengenal pasti terdapat perbezaan atau persamaan antara individu yang berlainan. Setiap persamaan dan perbezaan ini pula boleh dicirikan (sifat - fenotip). Kesimpulan ini kemudiannya dikaitkan dengan suatu unsur yang mengawal sifat tersebut (genotip). Guru perlu memberi penekanan kepada konsep bahawa setiap ciri-ciri dalam suatu organisma/individu adalah dikawal oleh suatu unsur asas (gen).

Sesi 2 FENOTIP - STRUKTUR SEL TUMBUHAN DAN HAIWAN Aktiviti 2.1a: Memerhatikan sel tumbuhan dan haiwan dibawah mikroskop.

10

Tempoh

15 minit

Bahan-bahan

1.

2.

Hasil pembelajaran

Membezakan di antara sel tumbuhan dan haiwan.

Rujukan Bahagian A

Unit Asas Kehidupan: Sel.

Slaid yang mengandungi sel tumbuhan dan haiwan.

Mikroskop.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Soalan permulaan (untuk menyediakan situasi permulaan penjanaan soalan dari pelajar).

Sesi ini bermula dengan melihat gambar rajah sel tumbuhan dan haiwan yang diedarkan oleh guru. Untuk memulakan sesi ini, pelajar akan dibahagikan kepada beberapa kumpulan kecil untuk fasa pemerhatian dan perbincangan. Guru perlu membuat penilaian terhadap tahap kefahaman pelajar tentang sel dengan bertanyakan soalan: 1. Apakah itu sel tumbuhan dan sel haiwan?

2. Apakah perbezaan/persamaan antara bentuk sel tumbuhan dan haiwan?

3. Adakah sel tumbuhan dan sel haiwan mempunyai organel-organel yang berbeza/sama?

4. Sebagai contoh, sel tumbuhan mempunyai kloroplas untuk membenarkan proses fotosintesis berlaku. Sebaliknya organel ini tiada di dalam sel haiwan. Oleh itu, soalan seterusnya ialah, jika tiada, apakah ciri yang membezakan sel haiwan dan tumbuhan?

Berdasarkan aktiviti yang telah dilakukan sebelum ini., para pelajar akan melihat sel tumbuhan dan haiwan yang sebenar di bawah mikroskop.

Pengumpulan (‘Pooling’) Guru menganjurkan sesi pengumpulan soalan daripada para pelajar yang akan dibincangkan di dalam kumpulan kecil tersebut. Pelajar diminta menerangkan perbezaan antara sel tumbuhan dan haiwan berdasarkan pemerhatian yang dikumpulkan sebelum ini. Sebarang ketidaksefahaman akan dibincangkan dengan teliti.

Kesimpulan Para pelajar dapat mengenal pasti dan membezakan struktur dan komponen sel tumbuhan dan haiwan dengan tepat.

Aktiviti 2.1b: Pengetahuan mengenai sel haiwan dan tumbuhan.

Berdasarkan aktiviti yang telah dilakukan sebelum ini, guru perlu meminta para pelajar menterjemahkan apa yang telah dilihat didalam aktiviti 2.1a dengan menjalankan aktiviti yang ke-2.

Tempoh

15 minit

Bahan-bahan

Para pelajar dikehendaki membawa tumbuhan kekacang masing-masing ke sekolah.

Hasil pembelajaran

Memahami fungsi dan perbezaan di antara sel tumbuhan dan haiwan.

Rujukan Bahagian A

Unit Asas Kehidupan: Sel.

Seterusnya, guru perlu membimbing para pelajar untuk mengenal pasti perbezaan antara sel tumbuhan dan haiwan.

11

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Soalan permulaan Untuk menguji tahap kefahaman hasil daripada pemerhatian dan perbincangan daripada aktiviti 2.1a, pelajar dikehendaki melukis sel tumbuhan dan haiwan pada kertas yang disediakan oleh guru. Guru perlu membimbing pelajar dengan meminta mereka melabelkan gambar rajah dan menyenaraikan perbezaan di antara kedua-dua sel. Pada sesi ini, pelajar harus berupaya mencapai objektif yang telah ditetapkan.

Pengumpulan (‘Pooling’) Kesemua lukisan akan dikumpulkan dan dilekatkan di dinding kelas. Setiap kumpulan harus berupaya menerangkan lukisan sel tersebut secara terperinci. Sebarang keraguan dibincangkan dengan lebih lanjut.

Kesimpulan Secara kolektifnya, pelajar mampu memahami, melukis dan membezakan antara sel tumbuhan dan haiwan. Di tahap ini, pelajar juga mampu menerangkan fungsi setiap organel yang ada di dalam kedua-dua sel.

Contoh sel haiwan

Contoh sel tumbuhan

12

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Aktiviti 2.2: Memahami apakah yang dimaksudkan dengan fenotip.

Seterusnya, guru perlu meminta para pelajar menterjemahkan apa yang telah dilihat di dalam Aktiviti 2.1 dengan menjalankan aktiviti dalam bahagian ini Tempoh

15 minit

Bahan-bahan

Para pelajar dikehendaki membawa tumbuhan kekacang ke sekolah.

Hasil pembelajaran

Berupaya membezakan fenotip tumbuhan kekacang yang dibawa.

Rujukan Bahagian A

Menatapi Kehidupan dari Sudut Genetik.

Soalan permulaan (untuk menyediakan situasi permulaan penjanaan soalan dari pelajar).

Sesi ini bermula dengan pemerhatian pelajar terhadap tumbuhan kekacang yang dibawa. Guru menanyakan adakah semua kekacang yang dibawa itu sama bentuk, rasa dan warna. Pelajar membuat perbandingan ciri-ciri kekacang. Guru membimbing pelajar untuk mengenal pasti dan menyenaraikan perbezaan yang dilihat pada tumbuhan tersebut. Antara kriteria yang dicadangkan untuk diberi lebih perhatian ialah saiz, warna, ketinggian dan tekstur tumbuhan yang dibawa. Guru akan bertanyakan soalan seperti; 1. Apakah yang menyebabkan perbezaan itu berlaku?

2. Apakah kategori ciri perbezaan ini? (ciri luaran atau dalaman) 3. Apakah terma saintifik lain yang sesuai digunakan untuk merujuk kepada perbezaan ciri luaran ini? (fenotip) 4. Apakah yang mempengaruhi perubahan fenotip tumbuhan kekacang ini?

Pengumpulan (‘Pooling’) Guru akan menganjurkan sesi soal jawab tentang perbezaan ciri luaran setiap tumbuhan kekacang ini antara satu sama lain. Ciri luaran ini dikenali sebagai fenotip.

Kesimpulan Pada tahap ini, pelajar haruslah mempunyai pengetahuan tentang apa itu fenotip.

Nota tambahan Tumbuhan kacang yang juga dikenali dengan nama saintifik Pisum sativum dipilih berdasarkan eksperimen oleh Mendel kerana: 1. Bentuk biji benih matang - licin atau berkedut.

2. Warna biji benih albumin - hijau atau kuning.

3. Warna bunga - ungu atau putih.

4. Warna kulit keras matang yang berisi kekacang - kembung atau sempit.

5. Warna kulit keras muda yang berisi kekacang - hijau atau kuning.

6. Kedudukan bunga – berpaksi (Axial) atau berpenghujung (terminal).

7. Panjang batang - tinggi atau kerdil.

13

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Perbezaan fenotip tumbuhan kekacang

Sifat kacang

Sifat dominan

Sifat resesif

Bilangan di generasi kedua (F2)

Nisbah

Biji benih

Bentuk biji Benih

Bulat

Berkedut

5474:1850

2.96:1

Warna biji benih

Kuning

Hijau

6002:2001

2.99:1

Warna bunga

Ungu

Putih

705:224

3.15:1

Kedudukan bunga

Axial

Terminal

651:207

3.14:1

Ketinggian tanaman

Tinggi

Rendah

787:277

2.84:1

Bentuk pod

Kembung

Tercerut

882:299

2.95:1

Warna pod

Hijau

Kuning

428:152

2.82:1

Keseluruhan tumbuhan

Š 2005-2011 The University of Walkato | www.biotechlearn.org.nz

Antara sifat tumbuhan kacang yang perlu diberi perhatian ialah: 1. Bentuk biji benih yang matang.

2. Warna biji benih albumin.

3. Warna bunga.

4. Warna kulit keras matang yang berisi kekacang.

5. Warna kulit keras muda yang berisi kekacang.

6. Kedudukan bunga.

7. Panjang batang. *Guru boleh menggunakan contoh yang lain sekiranya terdapat kesukaran mendapat pokok kekacang.

14

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Aktiviti 2.3: Mengenal pasti fenotip dan perubahannya di kalangan ahli keluarga Dengan menggunakan kemahiran pemerhatian yang dijalankan sebelum ini, para pelajar dikehendaki mencari sifat antara ahli keluarga sendiri dan ahli keluarga terdekat. Antara ciriciri yang perlu diperhatikan ialah perbezaan bentuk mata, hidung, mulut, warna rambut, kulit, ketinggian dan bentuk badan.

Tempoh

15 minit

Bahan-bahan

Setiap pelajar dikehendaki membawa gambar ahli keluarga sendiri dan ahli keluarga yang terdekat (seperti mak cik atau pak cik).

Hasil pembelajaran

Mempelajari dan memahami perbezaan setiap individu walaupun di kalangan adik beradik dan saudara mara.

Rujukan Bahagian A

Menatapi Kehidupan dari Sudut Genetik.

Pengenalan Fenotip adalah ciri-ciri yang terdapat pada suatu organisma seperti ukuran/ketinggian, warna, bentuk, dan perilaku. Walau bagaimanapun, tidak semua fenotip ini dapat dilihat dengan mata kasar, contohnya jenis darah. Pengenalpastian fenotip seperti ini perlu menggunakan kaedah khas yang dilakukan di makmal.

Semua organisma memiliki variasi fenotip yang unik dan berbeza-beza, contohnya: Manusia/haiwan – ukuran/ketinggian, berat badan dan bentuk tubuh.

Tumbuhan - perbezaan warna bunga dan bentuk daun.

Bakteria - kerentanan terhadap antibiotik.

Fenotip dipengaruhi beberapa faktor termasuk genetik, persekitaran atau kombinasi keduanya.

Faktor genetik adalah seperti penyakit boleh diwarisi seperti kanser dan juga kecenderungan obesiti. Manakala faktor persekitaran adalah seperti iklim dan gaya hidup. Walau bagaimanapun, dalam situasi tertentu, kombinasi genetik dan persekitaran boleh mempengaruhi fenotip sesuatu organisma. Contohnya, berat badan manusia bukan sahaja dipengaruhi oleh faktor genetik, tetapi juga turut dipengaruhi oleh cara hidup dan pemakanan (diet).

Terdapat dua (2) jenis variasi fenotip iaitu, berterusan dan terputus-putus.

1. Variasi fenotip berterusan: ketinggian dan warna kulit.

2. Variasi fenotip terputus-putus: jenis darah dan kemampuan untuk menggulung lidah.

Soalan permulaan (untuk menyediakan situasi permulaan penjanaan soalan daripada pelajar).

Sesi ini merupakan sesi lanjutan berhubung persoalan ‘Apakah itu fenotip?’ dan perkaitannya dengan genetik. Pada peringkat ini, guru akan meminta para pelajar mengenal pasti perbezaan dan persamaan yang dapat dilihat dikalangan adik beradik dan saudara-mara. Guru akan membantu para pelajar mengenal pasti perbezaan dan persamaan ini berdasarkan kriteria yang telah dicadangkan seperti perbezaan dari segi bentuk mata, hidung, mulut, warna rambut, kulit,

15

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

ketinggian dan bentuk badan. Guru boleh memulakan sesi dengan bertanyakan soalan seperti berikut: 1. Apakah perbezaan dan persamaan fenotip yang dapat dilihat diantara setiap individu ini?

Mulakan permerhatian dengan meneliti ciri-ciri tersebut dikalangan adik-beradik dahulu diikuti dengan saudara-mara.

2. Apakah faktor-faktor yang mempengaruhi perubahan fenotip tersebut?

3. Mengapa perubahan fenotip ini berlaku?

Pengumpulan (‘Pooling’) Guru akan mengumpulkan semua maklumat yang diperolehi dan membincangkan keperluan perubahan fenotip serta tujuan perubahan ini berlaku bersama para pelajar.

Kesimpulan Pelajar dapat memahami dan mengenal pasti perbezaan fenotip dikalangan ahli keluarga serta bagaimana perbezaan fenotip ini memberi kesan kepada manusia.

Sesi 3 GENOTIP, GEN DAN DNA Aktiviti 3.1: Mengetahui Fenotip ditentukan oleh Genotip Tempoh

15 minit

Bahan-bahan

Setiap pelajar: Satu salinan Kertas Kerja 3-1

Hasil pembelajaran

1) 2)

Mengenali perbezaan di antara fenotip tumbuhan dan haiwan.

Mengetahui bahawa fenotip adalah ditentukan oleh genotip

3)

(gen/DNA).

Mendapatkan ilustrasi pelajar mengenai DNA.

Rujukan Bahagian A

Menatapi Kehidupan dari Sudut Genetik.

Perbezaan antara Sel Haiwan dan Sel Tumbuhan.

Soalan permulaan (untuk menyediakan situasi permulaan penjanaan soalan daripada pelajar).

Sesi ini boleh dilihat sebagai sesi pengukuhan pemahaman sesi sebelumnya. Sesi akan dimulakan dengan mengimbas kembali mengenai perbandingan antara struktur sel tumbuhan dan haiwan.

Guru boleh memulakan sesi dengan bertanyakan soalan kepada pelajar seperti: 1. Kenapa struktur dan organel sel tumbuhan (contoh: sel kelapa sawit) menyerupai struktur dan organel sel haiwan (contoh: sel manusia), tetapi rupa bentuk pokok kelapa sawit dan manusia sangat berbeza daripada segi fizikal (fenotip)?

16

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Pengumpulan idea Pelajar digalakkan untuk memberi pendapat terbuka terhadap soalan pendahuluan. Guru boleh membimbing pelajar dengan bertanyakan soalan: 1. Apakah unit asas bagi pokok kelapa sawit dan manusia?

2. Apakah yang menentukan sama ada satu sel yang kecil berkembang menjadi pokok kelapa sawit atau menjadi manusia?

Guru akan mengumpulkan hipotesis-hipotesis yang dikemukakan oleh para pelajar sambil mengalakkan mereka untuk memberi hujah terhadap hipotesis mereka serta mengambil kira pandangan keseluruhan kelas.

Perbincangan sebegini boleh menghimpunkan pandangan-pandangan terkumpul mengenai kehadiran genotip (bahan genetik) yang mengawal ciri-ciri fenotip. Seterusnya guru akan mengedarkan salinan Kertas Kerja 3-1 (kariotip kelapa sawit vs kariotip manusia) dan bertanyakan “Apakah perbezaan yang boleh dilihat?�

Kajian (proses pembelajaran) Setiap pelajar akan menerima satu salinan Kertas Kerja 3-1 yang menunjukkan kariotip kelapa sawit dan kariotip manusia (perempuan dan lelaki). Pelajar akan menyenaraikan perbezaan yang diperhatikan. Sebagai contoh: kelapa sawit mempunyai 16 pasang kromosom manakala manusia mempunyai 23 pasang kromosom, kelapa sawit tidak mempunyai kromosom seks manakala manusia mempunyai kromosom seks yang menentukan jantina (perempuan kromosom XX vs. lelaki kromosom XY).

Berpandukan maklumat perbezaan tersebut, pelajar akan mencuba untuk memahami bahawa genotip akan menentukan fenotip. Guru boleh mula memperkenalkan konsep genom, gen dan DNA selepas bertanyakan beberapa soalan. Contoh: 1. Bagaimanakah sel kelapa sawit mengetahui untuk berkembang menjadi pokok kelapa sawit? Dan bagaimana sel manusia mengetahui untuk berkembang menjadi manusia dewasa?

2. Daripada sumber manakah mereka mendapatkan maklumat?

3. Adakah anda fikir maklumat yang diperolehi itu adalah 100% tepat?

4. Jika ya, teruskan.

5. Jika tidak, tanyakan kepada para pelajar – pernahkah mereka melihat pokok kelapa sawit bertukar menjadi manusia? Atau separuh pokok kelapa sawit dan separuh manusia?

6. Bagaimanakah rupa bentuk DNA? Apa pendapat anda tentang DNA? (Guru boleh mengumpul ilustrasi lukisan DNA dan minta penerangan daripada pelajar berkenaan).

Keputusan pembelajaran ini akan dikongsi dan dirumuskan dalam bentuk beberapa buah poster.

17

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Nota Guru: Kebanyakan spesis kelapa sawit adalah spesis monoesius/‘monoecious’ iaitu mempunyai keduadua organ pembiakan betina dan jantan pada pokok yang sama. Pada masa-masa yang tertentu, pokok kelapa sawit boleh diklasifikasikan sebagai ‘diesious sementara’ yang menghasilkan ciriciri betina dan jantan secara bergilir di dalam satu tumbuhan yang sama (alogami). Nisbah jantina kelapa sawit ditentukan oleh faktor genetik dan persekitaran seperti ketiadaan air.

Kesimpulan Bahagian ini menyimpulkan bahawa fenotip sesuatu hidupan dikawal oleh genotip di dalam sel yang mengandungi DNA. Maklumat yang wujud di dalam DNA adalah sangat penting dan 100% tepat. Para pelajar juga dapat membuat jangkaan struktur DNA. Kesinambungan Sambungan daripada bahagian ini yang akan menjurus kepada pengekstrakan DNA daripada sel tumbuhan (Sesi Aktiviti 3.2) dan sel manusia (Sesi Aktiviti 3.3).

LEMBARAN UNTUK MURID Kertas kerja 3-1: Perbezaan dan Persamaan Kariotip Tumbuhan dan Haiwan Berikut adalah imej kariotip (kromosom) untuk (a) kelapa sawit dan (b) manusia (perempuan XX; lelaki XY).

Sila bincangkan persamaan dan perbezaan. (a) Kariotip kelapa sawit

18

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

(b) Kariotip manusia

Autosom

Kromosom seks

19

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Aktiviti 3.2: DNA Sel Tumbuhan Tempoh

20 minit

Bahan-bahan

Beg plastik (yang boleh ditutup ketat) Tiga biji buah strawberi (boleh diganti dengan bawang, pisang dan lain-lain yang bersesuaian) Detergen (Cecair pembasuh pinggan mangkuk tanpa warna) Garam Air Gelas kecil Kertas Penapis Corong Alkohol 70% sejuk Lidi/Pencungkil gigi/pengacau kopi

Hasil

1.

Mengekstrak DNA daripada tumbuhan (buah strawberi atau yang

2.

3.

lain-lain).

Mengenali struktur DNA. Memahami bahawa tumbuhan mempunyai DNA.

pembelajaran

Rujukan Bahagian A

Menatapi Kehidupan dari Sudut Genetik DNA

Soalan permulaan (untuk menyediakan situasi permulaan penjanaan soalan daripada pelajar).

Sesi ini boleh dilihat sebagai kesinambungan daripada sesi sebelum ini yang membolehkan pelajar memahami bahawa fenotip ditentukan oleh genotip yang terkandung dalam DNA. Pelajar juga telah melukis ilustrasi rupa DNA pada sesi sebelumnya. Maka guru boleh memulakan sesi ini dengan bertanya: 1. Apa pendapat anda tentang DNA? 2. Bolehkah DNA diekstrak dari sel tumbuhan dan sel haiwan?

Guru boleh menggalakkan pelajar untuk mengekstrak DNA daripada buah strawberi untuk mendapat jawapan sendiri tentang rupa bentuk DNA daripada sel tumbuhan.

Nota Guru: Buah strawberi boleh diganti dengan bawang, pisang dan lain-lain yang bersesuaian.

Strawberi matang/masak adalah sumber yang sangat baik untuk mengekstrak DNA kerana mereka mudah untuk dilumatkan dan mengandungi enzim dipanggil pektinase dan selulase yang membantu untuk memecahkan dinding sel. Yang paling penting, strawberi mempunyai lapan salinan setiap kromosom (octoploid), jadi terdapat banyak DNA untuk diasingkan/ diekstrak. Ini boleh dijadikan permulaan perbincangan yang bagus untuk perbezaan bilangan set kromosom dalam pelbagai organisma.

20

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Eksperimentasi Setiap pelajar diberi Kertas Kerja 3-2 untuk cara pengektrakan DNA dari buah strawberi atau digalakkan untuk mencari maklumat yang berkenaan dengan merujuk buku sains di perpustakaan atau melayari internet. Selepas itu, pelajar dibenarkan untuk mencuba mengekstrak DNA daripada strawberi.

Berikut merupakan tatacara untuk guru: 1.1.

Persediaan 1) Sejukkan alkohol 70% di dalam peti sejuk.

2) Campurkan satu sudu garam dan dua sudu detergen (cecair pembasuh pinggan mangkuk) ke dalam cawan yang berisi separuh air. Ini merupakan cecair pengekstrakkan. (Soalan kepada pelajar: Kenapa detergen dimasukkan ke dalam cecair pengekstrakan?)

1.2. Prosedur 1) Buang bahagian hijau atas strawberi dan masukkan strawberi ke dalam beg plastik yang boleh ditutup semula.

2) Tolak keluar semua udara tambahan dan beg plastik ditutup rapat.

3) Picit dan hancurkan strawberi selama dua minit. (Soalan kepada pelajar: Kenapa perlu hancurkan buah strawberi pada peringkat ini? Bagaimanakah rupa strawberi yang dihancurkan pada peringkat ini?)

4) Tambahkan dua sudu besar cecair pengekstrakan pada strawberi di dalam beg dan tolak keluar semua udara tambahan sebelum ditutup semula. (Soalan kepada pelajar: Bagaimanakah bahan pencuci dan garam akan memberi kesan kepada sel strawberi?)

5) Picit campuran strawberi dengan jari selama satu minit. (Soalan kepada pelajar: Kenapa perlu hancurkan buah strawberi pada peringkat ini? Bagaimanakah rupa strawberi yang dihancurkan pada peringkat ini?)

6) Letakkan kertas penapis pada corong yang diletakkan ke dalam cawan dan tuangkan campuran strawberi daripada beg ke dalam saluran corong.

7) Biarkan cecair strawberi menitis melalui kertas penapis ke dalam cawan sehingga habis. (Soalan kepada pelajar: Bagaimanakah rupa cecair strawberi yang ditapis?)

8) Tuangkan cecair strawberi yang ditapis ke dalam cawan yang lain sehingga satu perempat penuh.

9) Sukat satu setengah cawan alkohol 70% sejuk.

10) Dongakkan cawan dan dengan perlahan-lahan tuangkan alkohol ke dalamnya melalui sisi cawan. Tuang sehingga alkohol tersebut membentuk satu lapisan di atas cecair strawberi. Jangan biarkan cecair strawberi dan alkohol bercampur.

11) Perhatikan campuran di dalam balang. DNA strawberi akan kelihatan sebagai pintalan putih berserabut yang melekit. (Soalan kepada pelajar: Adakah anda melihat apaapa di dalam balang yang mungkin adalah DNA strawberi? Jika ya, mana satukah ia?)

21

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

12) Celupkan lidi/pencungkil gigi ke dalam balang dan keluarkan DNA. (Soalan kepada pelajar: Adakah anda melihat apa-apa yang melekat kepada lidi yang mungkin merupakan DNA? Bolehkan anda kumpulkan semua DNA pada lidi?)

1.3.

Pemerhatian dan keputusan 1) Perhatikan sama ada pelajar dapat melihat DNA di dalam cawan.

2) Nota tambahan: Guru boleh menggalakkan pelajar untuk mencuba mengekstrak DNA daripada sumber yang berlainan, contohnya bawang atau pisang. Guru boleh membimbing mereka untuk mengetahui kaedah yang memberikan hasil ekstrak yang paling optimum. Melalui ekperimen ini, pelajar boleh mengetahui bahawa DNA wujud di dalam semua tumbuhan.

Nota Guru: Apabila campuran detergen dan garam dimasukkan ke dalam strawberi hancur, detergen akan membantu membuka sel-sel strawberi, membebaskan DNA ke dalam larutan manakala garam membantu menghasilkan persekitaran supaya DNA yang berbeza boleh berkumpul.

Selepas alkohol sejuk dimasukkan kepada campuran strawberi, ia akan menghasilkan keladak DNA di dalam larutan. Anda akan melihat cecair putih pintalan DNA di dalam lapisan alkohol dan di antara dua lapisan lain. Pintalan DNA tersebut adalah sangat kecil untuk dilihat dengan mata kasar tetapi disebabkan DNA akan bergumpal bersama, anda akan dapat melihat jumlah DNA daripada tiga biji strawberi.

22

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Kertas Kerja 3-2: Mengekstrak strawberi

Nota Guru: 1) Buang bahagian hijau atas strawberi dan masukkan strawberi ke dalam beg plastik yang boleh ditutup semula.

2) Tolak keluar semua udara tambahan dan beg plastik ditutup rapat.

3) Picit dan hancurkan strawberi selama dua minit.

4) Tambahkan dua sudu besar cecair pengekstrakan pada strawberi di dalam beg dan tolak keluar semua udara tambahan sebelum ditutup semula.

5) Picit campuran strawberi dengan jari selama satu minit.

6) Letakkan kertas penapis pada corong yang diletakkan ke dalam cawan dan tuangkan campuran strawberi daripada beg ke dalam saluran corong.

7) Biarkan cecair strawberi menitis melalui kertas penapis ke dalam cawan sehingga habis.

8) Tuangkan cecair strawberi yang ditapis ke dalam cawan yang lain sehingga satu perempat penuh.

9) Sukat satu setengah cawan alkohol 70% sejuk.

10) Dongakkan cawan dan dengan perlahan-lahan tuangkan alkohol ke dalamnya melalui sisi cawan. Tuang sehingga alkohol tersebut membentuk satu lapisan di atas cecair strawberi.

Jangan biarkan cecair strawberi dan alkohol bercampur.

11) Perhatikan campuran di dalam balang. DNA strawberi akan kelihatan sebagai pintalan putih berserabut yang melekit.

12) Celupkan lidi/pencungkil gigi ke dalam balang dan keluarkan DNA.

23

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Aktiviti 3.3: DNA Sel Manusia Tempoh

20 minit

Bahan-bahan

Detergen (Cecair pembasuh pinggan mangkuk tanpa warna) Garam Air Cawan kecil Alkohol 70% sejuk Lidi/Pencungkil gigi/pengacau kopi

Hasil

1)

Mengekstrak DNA daripada pipi manusia

pembelajaran

2)

Mengenali struktur DNA

Rujukan Bahagian A

Menatapi Kehidupan dari Sudut Genetik DNA

Soalan permulaan (untuk menyediakan situasi permulaan penjanaan soalan daripada pelajar).

Sesi ini adalah sambungan dari sesi 3.2. Guru boleh memulakan sesi ini dengan bertanya: 1. Apakah persamaan di antara buah kelapa sawit dan buah strawberi serta manusia?

2. Apakah perbezaan rupa DNA strawberi dengan DNA manusia?

3. Selepas itu, pelajar boleh digalakkan untuk mengektrak DNA dari tisu pipi mereka sendiri untuk dibandingkan dengan DNA strawberi.

Nota Guru: Walaupun kita semua tidak serupa sesama kita, semua hidupan termasuk strawberi dan manusia dibentuk berasalkan bahan asas yang sama - iaitu DNA. Eksperimentasi Para pelajar boleh melakukan proses ekstraksi DNA dari sel pipi sendiri mengikut Kertas Kerja 3-3 (pelajar juga digalakkan untuk mencari sumber maklumat tentang cara pengekstrakan DNA manusia melalui buku sains atau internet).

Berikut merupakan contoh prosedur terperinci untuk membantu guru memberikan model cara pengekstrakan DNA manusia kepada seluruh kelas langkah demi langkah.

1.1

24

Penyediaan 1) Sediakan larutan garam. Satu untuk setiap pelajar. Tuang 1 sudu teh garam ke dalam 10 ml air.

2) Sejukkan alkohol 70% dalam peti sejuk.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

1.2

Prosedur 1) Pelajar berkumur dengan 10 ml larutan garam di dalam mulut mereka selama 30 saat. Ini akan mengeluarkan sel-sel mati pada lapisan pipi mulut.

2) Pelajar meludah kembali ke dalam cawan kertas dan masukkan dua sudu detergen.

3) Pelajar mengacau larutan secara perlahan selama 2-3 minit. (PENTING: Jangan kacau terlalu kuat kerana DNA boleh putus kepada beberapa bahagian kecil).

4) Selepas 3 minit, tuangkan 10 ml alkohol yang telah disejukkan ke dalam cawan secara perlahan. Alkohol dan detergen perlu membentuk dua lapisan yang berbeza - alkohol di bahagian atas.

5) Biarkan cawan selama seminit. Kemudian, pelajar menggunakan lidi/pengcungkil gigi/pengacau kopi untuk mengumpulkan lembar DNA di sekitarnya. Jika serpihan DNA adalah terlalu pendek untuk dikumpulkan, pelajar boleh menggunakan pipet untuk menyedut pecahan-pecahannya.

6) Pelajar boleh memindahkan DNA ke dalam tiub kecil (contoh: tiub Eppendorf) yang diisi penuh dengan alkohol 70% dan dibawa pulang. DNA stabil dalam alkohol 70% untuk masa yang panjang.

1.3

Pemerhatian dan keputusan Uji pemahaman pelajar: Guru boleh bertanyakan soalan yang akan membuatkan pelajar menghubungkaitkan kaedah pengekstrakan. Kenapa detergen digunakan? Apakah kesan terhadap sel?

Kesinambungan: Soalan yang harus diďŹ kirkan selepas pengekstrakan sel Pengekstrakan DNA daripada sel pipi menghasilkan jumlah DNA yang sangat sedikit berbanding dengan strawberi. Kenapakah hal ini terjadi?

Nota Guru: Bilangan rasmi kromosom strawberi adalah 14 kromosom (2n) berbanding dengan 46 kromosom (2N) pada manusia. Walau bagaimanapun, dalam usaha untuk menghasilkan buah yang lebih besar, petani telah menghasilkan tumbuhan strawberi yang mempunyai 8 salinan pendua genom (8n dikenali sebagai octaploids). Jadi strawberi mempunyai banyak DNA dalam setiap sel. Poliploidi adalah suatu keadaan organisma yang mempunyai lebih daripada dua set lengkap kromosom. Contoh: Triploidi (3n) adalah tiga set kromosom; tetraploidi (4n) adalah empat set kromosom. Octoploid (8n) bermakna mereka mempunyai lapan set genom. Poliploidi adalah perkara biasa dalam tumbuh-tumbuhan, tetapi tidak pada haiwan. Oleh sebab itu, jumlah DNA strawberi yang dikumpul adalah lebih banyak daripada DNA manusia.

Melalui Sesi 3 - Pelajar boleh mengenali fenotip dikawal atur oleh genotip yang terkandung di dalam DNA. Pelajar juga mengenal pasti struktur DNA tumbuhan dan haiwan melalui pengalaman mengekstrak DNA daripada buah strawberi dan sel pipi manusia.

25

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Kertas Kerja 3-3: Mengekstrak DNA Anda

Prosedur: 1) Pelajar berkumur dengan 10 ml larutan garam di dalam mulut mereka selama 30 saat. Ini akan mengeluarkan sel-sel mati pada lapisan pipi mulut.

2) Pelajar meludah kembali ke dalam cawan kertas dan masukkan dua sudu detergen.

3) Pelajar mengacau larutan secara perlahan selama 2-3 minit. (PENTING: Jangan kacau terlalu kuat kerana DNA boleh putus kepada beberapa bahagian kecil).

4) Selepas 3 minit, tuangkan 10 ml alkohol yang telah disejukkan ke dalam cawan secara perlahan. Alkohol dan detergen perlu membentuk dua lapisan yang berbeza - alkohol di bahagian atas.

5) Biarkan cawan selama seminit. Kemudian, pelajar menggunakan lidi/pengcungkil gigi/pengacau kopi untuk mengumpulkan lembar DNA di sekitarnya. Jika serpihan DNA adalah terlalu pendek untuk dikumpulkan, pelajar boleh menggunakan pipet untuk menyedut pecahan-pecahannya.

6) Pelajar boleh memindahkan DNA ke dalam tiub kecil (contoh: tiub Eppendorf) yang diisi penuh dengan alkohol 70% dan dibawa pulang. DNA stabil dalam alkohol 70% untuk masa yang panjang.

26

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Sesi 4 PENYUNTINGAN GEN (Modul ini adalah berkaitan dengan topik “Penyuntingan gen sebagai teknik mengawal atur kuasa gen”) Tempoh

45 minit

Bahan-bahan

Satu gambar (Gambar 1 di bawah) untuk setiap pelajar.

Hasil pembelajaran

-

Rujukan Bahagian A

Penyuntingan gen sebagai teknik mengawal atur kuasa gen.

Menyatakan DNA boleh diubah melalui penyuntingan gen.

Menyatakan kegunaan penyuntingan gen kepada manusia.

Soalan permulaan (situasi) Guru akan mengingatkan pelajar semula mengenai apakah DNA daripada sesi sebelumnya dan mengumumkan pelajar untuk sesi ini, kelas akan belajar mengenai pengubahsuaian DNA. Aktiviti Guru akan memulakan sesi aktiviti dengan melihat dan membincangkan gambar 1 (halaman 31).

Guru akan bertanya kepada pelajar: 1. Apakah perbezaan di antara pokok kelapa sawit A dan pokok kelapa sawit B dalam gambar 1? Jawapan akan dikumpulkan dan dituliskan di papan hitam. Jangkaan jawapan yang akan diberikan ialah “tinggi, saiz, hasil, genetik…”.Guru boleh membimbing dengan bertanya kepada pelajar: 2. Adakah DNA dari pokok kelapa sawit A dan pokok kelapa sawit B berbeza?

3. Adakah DNA pada tumbuhan sama dengan DNA pada manusia? Persoalan tersebut membawa kepada pelbagai jawapan, contohnya: “Semua tumbuhan, haiwan dan manusia mempunyai DNA dalam bentuk yang sama iaitu heliks ganda dua”. Beberapa gen akan dihidupkan dan dimatikan dan dengan itu, ia memberikan hasil yang berbeza.

Kemudian, guru akan bertanya kepada pelajar lagi: 4. Adakah DNA daripada pokok kelapa sawit A boleh diubah suai supaya mempunyai ciriciri yang sama seperti pokok kelapa sawit B? Ini bertujuan untuk membolehkan pelajar mengetahui bahawa DNA boleh diubah suai melalui penyuntingan gen. Guru akan mengedarkan sekeping kertas kosong dan meminta pelajar menulis jawapan mereka untuk soalan ini: 5. Cuba fikirkan, apakah sumbangan penyuntingan gen kepada manusia, contohnya dalam aspek kesihatan atau perubatan?

Guru boleh menggalakkan perbincangan terbuka antara pelajar di dalam kumpulan. Pelajar boleh mencari jawapan daripada internet.

27

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Kesimpulan & refleksi Pelajar membentangkan kesimpulan mengenai sumbangan penyuntingan gen kepada manusia dalam bidang kesihatan atau perubatan.

Lanjutan Sesi ini boleh dilanjutkan dengan aktiviti lakaran, contohnya dengan meminta pelajar untuk melukis pokok kelapa sawit dengan arahan: “lukis gambar pokok kelapa sawit A selepas DNA diubah suai kepada pokok kelapa sawit B”.

Gambar 1:

Pokok Kelapa Sawit A

Pokok Kelapa Sawit B

Penilaian Aktiviti: Pelajar memberikan jawapan kepada setiap soalan berpandukan lukisan yang diberikan.

Sesi 5 APLIKASI PENYUNTINGAN GEN Tempoh

45 minit

Bahan-bahan

Plastisin (berlainan warna)

Hasil pembelajaran

− − −

Rujukan Bahagian A

28

Menjelaskan konsep peraturan berpasangan dalam susunan jujukan DNA dan kodon.

Menjelaskan bagaimana penyuntingan gen boleh berlaku.

Menyatakan aplikasi penyuntingan gen dalam kehidupan.

Penyuntingan gen sebagai teknik mengawal atur kuasa gen.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Soalan permulaan (situasi) Guru akan mengingatkan pelajar akan konsep penyuntingan gen yang telah dipelajari berdasarkan aktiviti sebelum ini (Sesi 4) Aktiviti 1 Guru memulakan aktiviti kelas dengan menampal huruf-huruf berikut kepada empat orang pelajar di dalam kelas untuk mengetahui tentang konsep peraturan berpasangan.

Pelajar 1 – A Pelajar 2 – C Pelajar 3 – G Pelajar 4 - T Arahan guru: Guru memberi arahan kepada pelajar lain untuk mengarahkan pergerakan 4 orang pelajar tersebut mengikut peraturan berpasangan.

Probe – Guru akan menerangkan kepada pelajar tentang peraturan berpasangan iaitu A-T dan C-G.

berpasangan dengan

berpasangan dengan

Aktiviti 2 Pelajar diminta duduk semula dan diberikan semangkuk bulatan plastisin yang berlainan warna dan lidi sate akan diberikan bagi membentuk susunan kodon dan membentuk DNA heliks ganda dua.

Soalan 1. Bagaimana anda boleh gunakan bahan tersebut untuk membentuk 2 jujukan DNA. 2. Jelaskan model jujukan DNA anda.

29

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Konsep penyuntingan gen Penyuntingan gen sebenarnya adalah satu konsep termaju dalam penyelidikan genetik. Ia boleh digunakan dalam pelbagai industri seperti industri kesihatan dan pertanian. Mari kita lihat bagaimana sebenarnya penyuntingan gen dilakukan.

Aktiviti 3 1.

Guru meminta pelajar merujuk kepada 2 jujukan DNA yang telah dibina.

Soalan 1. Bagaimanakah jujukan DNA boleh diubah? Tunjukkan kaedah dengan menggunakan model anda. Guru perlu mengingatkan sebarang perubahan perlu melibatkan kodon iaitu 3 unit asas dalam jujukan DNA. Pelajar sepatutnya boleh menggunakan gunting bagi memotong jujukan DNA mereka dan ubah jujukan DNA ke bahagian lain.

2. Apakah kesan apabila penyuntingan gen dilakukan? Genotip akan mengubah fenotip kerana ia akan mengubah ciri/sifat individu/organisma.

Kesimpulan & refleksi Pelajar menerangkan bagaimana penyuntingan gen yang telah dipelajari.

Lanjutan Sesi ini boleh dilanjutkan dengan aktiviti model jujukan DNA dengan menggunakan blok lego dan memadankannya mengikut peraturan berpasangan dan aplikasi konsep penyuntingan gen terhadap blok lego berkenaan.

Penilaian 1.

v

30

Pelajar dapat menunjukkan cara melakukan penyuntingan gen.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Contoh Model

Sumber : https://www.funathomewithkids.com/2014/06/diy-portable-lego-kit-with-free.html

Pelajar sepatutnya memahami konsep penyuntingan gen yang membolehkan gen diubah jujukannya sekaligus menyebabkan kod informasinya berubah.

Lanjutan Link video : https://www.youtube.com/watch?v=I5_2c52OPFw Soalan 1. Bagaimanakah penyuntingan gen dilakukan?

2. Kenapakah ia dilakukan?

31

Bahagian B

INFORMASI SAINTIFIK

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

02

UNIT ASAS KEHIDUPAN: SEL

2.1 Mendalami Dunia Sel Memahami Sel: Unit Asas Kehidupan Sel membentuk tahap terkecil organisma hidup. Tahap sel organisma adalah di mana kesemua proses metabolisma berlaku yang membolehkan sesuatu organisma itu hidup dan kerana itulah sel dipanggil unit asas kehidupan.

Mentakrif Sel Organisma Hidup Sel adalah kantung cecair yang dikelilingi oleh membran. Di dalam cecair tersebut ‘terapung’ bahan kimia dan organel. Organisma mengandungi bahagian-bahagian yang lebih kecil daripada sel, tetapi sel adalah bahagian terkecil daripada organisma yang mengekalkan ciri-ciri seluruh organisma. Sebagai contoh, sel boleh mengambil bahan api, mengubahnya menjadi tenaga, dan menyingkirkan bahan buangan, sama seperti organisma yang menyeluruh. Akan tetapi, struktur di dalam sel tidak boleh melaksanakan fungsi-fungsi ini sendiri, jadi sel dianggap sebagai tahap yang paling rendah.

Setiap sel mampu menukarkan bahan api kepada tenaga. Oleh itu, sel-sel bukan sahaja membentuk makhluk hidup; mereka adalah benda hidup. Sel-sel ditemui dalam semua tumbuh-tumbuhan, haiwan, dan bakteria.

Banyak struktur asas yang terdapat di dalam semua jenis sel, serta cara kerja strukturnya, secara asasnya sangat serupa, jadi sel dikatakan sebagai unit asas kehidupan.

34

Ciri yang paling penting dalam sel ialah ia dapat membiak semula melalui proses pembahagian.

Sekiranya sel tidak membiak, anda atau manamana kehidupan lain tidak akan terus hidup.

Pembahagian sel adalah merupakan proses sel-sel mengganda dan menggantikan diri sendiri. Jika anda tidak menggantikan sel darah merah anda, sebagai contoh, anda akan mempunyai jangka hayat yang sama dengan sel darah merah iaitu hanya 120 hari sahaja!

Organisma yang semakin kompleks terdiri daripada semakin banyak kumpulan sel (contohnya, pada manusia, kumpulan sel membentuk setiap organ dan tisu otot), dan organisma hidup bergantung pada produk yang dibuat oleh sel. Sebagai contoh, sel-sel dalam pankreas membuat insulin, yang diperlukan untuk memastikan tahap glukosa darah tidak melonjak. Tanpa insulin, glukosa darah boleh mencapai tahap yang memudaratkan sehingga mampu mengakibatkan kematian.

Oleh itu, tanpa produk sel ini, anda akan mati.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

EUKARIOT DAN PROKARIOT Sel-sel diklasifikasikan kepada dua kategori utama; i. Eukariot ii. Prokariot Eukariot adalah organisma yang mengandungi kromosom, termasuk tumbuhan dan haiwan, serta kulat (seperti cendawan), protozoa, dan kebanyakan alga. Eukariot mempunyai ciri-ciri berikut: a) Ia mempunyai nukleus yang menyimpan maklumat genetik Eukariot. b) Sel haiwan mempunyai organel yang dipanggil mitokondria yang menggabungkan oksigen dan makanan untuk menukar tenaga kepada bentuk yang boleh digunakan. c) Sel-sel tumbuhan mempunyai kloroplas, yang menggunakan tenaga daripada cahaya matahari untuk menghasilkan makanan untuk tumbuhan. d) Sel-sel eukariot mempunyai membran dalaman, yang mewujudkan ruang dalam sel-sel yang mempunyai fungsi yang berbeza. e) Sel-sel tumbuhan mempunyai membran sel dan dinding sel, yang tegar; sel haiwan hanya mempunyai membran sel, yang lembut. f) Sitoskeleton, yang menguatkan sitoplasma sel, mengawal pergerakan sel.

Prokariot adalah organisma sel yang tidak mempunyai nukleus “benar�. Nukleus adalah pusat kawalan sel. Nukleus mengandungi bahan genetik yang dibungkus ke dalam kromosom, dan ia dikaitkan dengan organel lain yang berfungsi dalam pengeluaran asid amino dan protein berdasarkan apa yang ditentukan oleh bahan genetik. Prokariot mempunyai beberapa bahan genetik, tetapi ia tidak begitu teratur seperti dalam eukariot. Namun, prokariot mampu membiak semula. Contoh-contoh organisma ini termasuk bakteria dan alga biru-hijau.

Anda sudah tahu bahawa semua organisma hidup terdiri daripada sel, yang merupakan unit terkecil. Tetapi adakah anda tahu bahawa sel-sel terdiri daripada objek yang lebih kecil? Setiap objek ini dipanggil organel sel.

2.2 Organel sebagai Pemangkin Kehidupan ORGANEL SEL Struktur organ kecil yang terdapat di dalam sel dipanggil organel sel. Ia mempunyai struktur tertentu yang menjalankan fungsi tertentu. Bergantung kepada kehadiran atau ketiadaan membran, organel sel boleh dikelaskan kepada tiga kategori, iaitu: i. Tanpa membran: Beberapa organel sel seperti ribosom tidak dibatasi oleh sebarang membran. Ia hadir dalam prokariot dan juga organisma eukariot. ii. Membran terikat tunggal: Beberapa organel dibatasi oleh membran tunggal. Contohnya, vakuol, lisosom, radas Golgi, Retikulum endoplasma dan lain-lain. Ia hanya terdapat dalam sel eukariot. iii. Membran terikat berganda: Organel sel seperti mitokondria dan kloroplas adalah organel membran berlapis ganda (iaitu mempuyai dua membran).

35

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

STRUKTUR DAN FUNGSI SEL Jadual 1 menjelaskan struktur dan fungsi sel.

Jadual 1: Struktur dan fungsi sel.

Retikulum Endoplasma kasar Ribosom

Nukleo plasma Nukleolus Membran inti

Nukleus

Jasad Golgi Sentriol Lisosom

Retikulum Endoplasma halus Mitokondria

Organel Sel

36

Sitoplasma

Membran sel

Ciri dan Struktur

Fungsi

Membran sel

Terdapat pada sel tumbuhan dan sel haiwan.

Ketelapan selektif: Memungkinkan bahan masuk dan keluar dari sel mengikut keperluan sel.

Diperbuat daripada lapisan dan protein bilipid (Model Cecair Mozaik).

Menyelaputi kandungan sel.

Memberi bentuk: sel haiwan.

Membolehkan pengangkutan: secara difusi dan osmosis.

Dinding sel

Terdapat pada sel tumbuhan.

Keras dan tegar.

Telap sepenuhnya.

Diperbuat daripada selulosa dalam tumbuhan dan peptidoglikan dalam bakteria.

Perlindungan.

Memberi bentuk dan tekanan hidrostatik.

Sitoplasma

Mengandungi 80-90% air dan sebatian organik dan bukan organik.

Koloid, kental, cecair seperti jeli dalam sel.

Mengandungi enzim untuk aktiviti metabolisma yang berlaku di dalam sel.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Nukleus

Diselaputi oleh membran.

Mengandungi DNA, Asid Ribonukleik (RNA), protein, nukleolus, dan jaringan kromatin.

Mengawal aktiviti dan pembahagian sel.

Mempunyai kromosom dan DNA yang mengawal ciri keturunan.

Mitokondria

Struktur membran berganda.

Badan autonomi yang mengandungi DNA tersendiri.

Menduplikasi dengan sendiri.

Tapak utama respirasi.

Menyimpan tenaga dalam pembentukan molekul Adenosina Trifosfat (ATP).

Menjalankan respirasi sel.

Mengambil nutrisi dari sel, menguraikannya dan menukar kepada tenaga.

Radas Golgi

Berasal dari retikulum endoplasmik.

Mengandungi kantung seperti sisterna dan vesikel.

Mempunyai dua wajah iaitu wajah cis dan wajah trans. (i) Wajah cis = wajah penerimaan (ii) Wajah trans = wajah pembekalan

Modifikasi, pembungkusan dan pengangkutan bahanbahan.

Sintesis lisosom, membran plasma.

Retikulum Endoplasmik.

Rangkaian membran retikulum endoplasmik kasar mengandungi ribosom.

Retikulum endoplasmik licin tidak mengandungi ribosom.

Membentuk rangka kerja sel Mengangkut bahan-bahan daripada satu sel ke sel yang lain.

Menyediakan permukaan untuk sintesis bahan – protein dalam retikulum endoplasmik licin dan lipid dalam retikulum endoplasmik licin.

Pembentukan lisosom, radas Golgi dan vakuol.

Biogenesis membran.

Detoksifikasi bahan berbahaya dalam hati.

37

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

38

Vakuol

Berasal daripada retikulum endoplasmik dan radas golgi.

Dikelilingi oleh tonoplas dan diisi dengan sap sel.

Menyimpan sap sel yang mungkin dalam bentuk cecair atau makanan pepejal, produk sampingan bahan toksik.

Menyediakan ketegaran dan tekanan hidrostatik kepada sel tumbuhan.

Lisosom (Suicidal bags of Cell, natural scavenger, cellular housekeeper)

Organel terikat membran.

Terdapat dalam semua sel haiwan dan beberapa sel tumbuhan.

Struktur terikat membran tunggal kecil yang dipenuhi dengan enzim pencernaan.

Penghadaman intrasel makanan dalan organisma ekasel.

Ribosom (Kilang protein)

Tanpa membran.

Terdiri daripada dua subunit – 60S dan 40S, dalam eukariot keduaduanya terdiri daripada RNA.

Sintesis protein.

Plastid

Membran terikat berganda.

Badan pendua sendiri (self duplicate) autonomi Jenis1. Leukoplas–plastid tak berwarna; 2. Kromoplas –Plastid berwarna– biru, merah, kuning 3. Kloroplas – Plastid berwarna hijau

Kloroplas – Menjalankan fotosintesis, membantu dalam pembebasan oksigen.

Kromoplas– menyebarkan warna ke bunga yang membantu pendebungaan.

Leukoplas – penyimpanan.

Amiloplas –Menyimpan kanji.

Aleuroplas – Menyimpan protein.

Elaioplas – Menyimpan lemak.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

PERBEZAAN ANTARA SEL HAIWAN DAN SEL TUMBUHAN Jadual 2 meringkaskan perbezaan utama antara sel tumbuhan dan haiwan.

Jadual 2: Perbezaan utama antara sel tumbuhan dan haiwan

Sel Haiwan

Sel Tumbuhan

Tidak mengandungi plastid.

Kebanyakan sel tumbuhan mengandungi plastid seperti kloroplas, kromoplas dan leukoplas.

Tiada dinding sel.

Mempunyai dinding sel selulosa.

Mengandungi sentriol.

Tidak mengandungi sentriol.

Tidak mempunyai plasmodesmata atau lubang.

Mengandungi plasmodesmata dan lubang.

Lebih dari satu vakuol (jika ada).

Vakuol besar di tengah sel yang diisi dengan sap sel dalam sel matang.

Nukleus terletak di tengah sitoplasma.

Nukleus terletak di pinggiran sel.

Tiada ruang intrasel antara sel.

Ruang intrasel yang besar di antara sel.

NUKLEUS DNA merupakan heliks ganda dua yang memainkan peranan penting dalam penghasilan protein. Proses untuk mengubah DNA kepada protein melibatkan transkripsi DNA dan translasi RNA. Proses ini berlaku di dalam nukleus. Semasa proses transkripsi, membran yang menyelaputi nukleus bertindak mewujudkan ruang di dalam sel untuk melindungi maklumat genetik. Ia juga menempatkan semua molekul yang terlibat dalam memproses dan melindungi maklumat tersebut. Membran nukleus merupakan dua set dwilapisan lipid yang memisahkan bahagian dalam nukleus dari sitoplasma. Ruang antara dua dwilapisan dikenali sebagai ruang perinuklear.

Walaupun sebahagian daripada fungsi nukleus adalah untuk memisahkan DNA daripada sitoplasma, molekul perlu bebas bergerak keluar dan masuk (contohnya, RNA). Saluran protein yang dikenali sebagai liang nukleus membentuk lubang di dalam membran nukleus. Nukleus itu sendiri dipenuhi dengan cecair, dikenali sebagai nukleoplasma, yang memiliki struktur dan fungsi seperti sitoplasma. Di dalam nukleoplasma inilah kromosom dijumpai.

Nukleus mempunyai implikasi yang menarik dari segi bagaimana sesuatu sel bertindak balas dengan persekitarannya. Terima kasih kepada perlindungan tambahan sampul nukleus, DNA adalah lebih selamat daripada enzim, patogen, dan produk lain yang berpotensi memudaratkan metabolisma lemak dan protein. Oleh kerana ini adalah satu-satunya salinan tetap arahan yang ada pada sel, adalah sangat penting untuk memastikan DNA dalam keadaan baik. Sekiranya DNA tidak diasingkan, ia akan terdedah kepada kerosakan oleh bahaya yang disebutkan di atas, yang akan menyebabkan pengeluaran protein yang rosak.

39

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Sampul nukleus

Kromatin

Rajah 2.1 Nukleus sel eukariot. Dapat dilihat dalam rajah ini adalah membran ganda bersaiz ribosom dari sampul nukleus, dan nukleolus. Di dalam nukleus sel adalah cecair likat yang dinamakan nukleoplasma, sama dengan sitoplasma yang terdapat di luar nukleus.

Gambarajah komprehensif nukleus sel manusia oleh Mariana Ruiz LadyofHats dilesenkan di bawah CC BY

Sampul nuklear juga menyimpan molekul yang bertanggungjawab untuk transkripsi DNA dan pembaikan rapat dengan DNA itu sendiri - jika tidak, molekul-molekul tersebut akan meresap ke seluruh sel dan ia akan memerlukan lebih banyak tenaga kerja untuk pembaikpulihan walaupun transkripsi (membuat helai sel RNA dari DNA) diselesaikan dalam nukleus dan translasi (membuat protein dari arahan RNA) berlaku di sitoplasma. Sekiranya tidak terdapat halangan di antara jentera translasi dan translasi, kemungkinan RNA yang kurang baik atau belum selesai akan menjadi protein yang buruk dan berpotensi membahayakan. Sebelum RNA dapat keluar dari nukleus untuk ditranslasikan, ia mesti mendapatkan pengubahsuaian khas, dalam bentuk topi dan ekor pada kedua-dua hujung molekul, yang bertindak sebagai tanda persetujuan untuk membiarkan sel mengetahui sekeping RNA ini selesai dan dibuat dengan betul.

NUKLEOLUS Di dalam nukleus ada ruang kecil yang dikenali sebagai nukleolus. Ia tidak terikat oleh membran, jadi ia bukan organel. Ruang ini membentuk bahagian berhampiran DNA dengan arahan untuk membuat ribosom iaitu molekul yang bertanggungjawab untuk membuat protein. Ribosom berkumpul di nukleolus, dan keluar dari nukleus melalui liang nuklear. Dalam analogi Rajah 2.2, robot yang membuat produk kami dibuat di sudut khas bilik cetak biru, sebelum dibebaskan ke kilang. Membran sel diwakili sebagai “dinding kilang.” Nukleus sel diwakili sebagai “ruang cetak rajah” sementara nukleolus diwakili sebagai “sudut produk khas” di dalam ruangan cetak rajah.

Ribosom diwakili sebagai “ruang pengeluaran” dan protein terakhir yang dibuat oleh ribosom diwakili sebagai “produk.”

40

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Bilik cetak biru Ruang pengeluaran "nukleus "ribosom Cetak biru "DNA"

Sudut produk khas "nukleolus"

Produk "protein"

Pembuat produk "ribosom"

Rajah 2.2 Rajah yang mewakili sel sebagai kilang. ‘Organel dan struktur selular.’ Akademi Khan. Diakses pada 6 Ogos 2019. https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/cells/eukaryotic-cells/a/organelles-article

RETIKULUM ENDOPLASMIK Endoplasma bermakna dalam (endo) sitoplasma (plasm). Retikulum berasal daripada perkataan Latin untuk bersih. Pada asasnya, retikulum endoplasma adalah membran plasma yang terdapat di dalam sel yang melipat dirinya sendiri untuk mewujudkan ruang dalaman yang dikenali sebagai lumen. Lumen ini sebenarnya berterusan dengan ruang perinuklear, jadi kita tahu retikulum endoplasma dilampirkan pada sampul nuklear. Sebenarnya terdapat dua retikulum endoplasmik yang berbeza dalam sel: retikulum endoplasma licin dan retikulum endoplasma kasar. Retikulum endoplasma kasar adalah tapak pengeluaran protein (tempat kita membuat produk utama kita - mainan) manakala retikulum endoplasma licin adalah tempat lipid (lemak) dibuat (aksesori untuk mainan, tetapi bukan produk pusat kilang).

Retikulum endoplasma kasar Retikulum endoplasmik kasar dipanggil kerana permukaannya disemat dengan ribosom, molekul yang bertanggungjawab terhadap pengeluaran protein. Apabila ribosom menemui segmen RNA tertentu, segmen itu mungkin memberitahu ribosom untuk pergi ke retikulum endoplasma kasar dan menanamkan dirinya. Protein yang dihasilkan dari segmen ini akan mendapati dirinya di dalam lumen retikulum endoplasma kasar, ia dilipat dan ditandakan dengan molekul (biasanya karbohidrat) dalam proses yang dikenali sebagai glikosilasi yang menandakan protein untuk pengangkutan ke radas Golgi. Retikulum endoplasma kasar terletak bersebelahan dengan nukleus sel dan membrannya adalah berterusan berhampiran dengan membran luar sampul nuklear. Protein yang dibuat dalam retikulum endoplasma kasar ditakdirkan sama ada menjadi sebahagian daripada membran, atau dirembeskan dari membran sel keluar daripada sel. Tanpa retikulum endoplasma kasar, ia akan menjadi lebih sukar untuk membezakan antara

41

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

protein yang harus meninggalkan sel, dan protein yang perlu kekal. Ini membenarkan sel untuk menjalankan fungsi yang lebih rumit dan kompleks dan seterusnya menjadi sel pakar dalam sesuatu fungsi.

Retikulum endoplasma licin Retikulum endoplasma licin menjadikan lipid dan steroid, bukannya terlibat dalam sintesis protein. Ini adalah molekul berasaskan lemak yang penting dalam penyimpanan tenaga, struktur membran, dan komunikasi (steroid boleh berfungsi sebagai hormon). Retikulum endoplasma licin juga bertanggungjawab untuk detoksifikasi sel. Ia adalah lebih berbentuk tiub (tubular) daripada retikulum endoplasma kasar, dan tidak semestinya berterusan dengan sampul nuklear.

Setiap sel mempunyai retikulum endoplasma licin, tetapi jumlahnya berbeza dengan fungsi sel. Sebagai contoh, hati, yang bertanggungjawab untuk sebahagian besar detoksifikasi dalam badan, mempunyai jumlah retikulum endoplasmik yang lebih besar.

Rajah 2.3: Rajah yang menunjukkan struktur retikulum endoplasmik kasar dan retikulum endoplasma lancar. 1) Nukleus 2) Gelung nuklear 3) Retikulum endoplasma kasar (RER) 4) Retikulum endoplasma licin (SER) 5) Ribosom pada ER kasar 6) Protein yang diangkut 7) Vesicle pengangkutan 8) Peralatan Golgi 9) Peralatan Golgi 10) Muka muka peralatan radial Golgi 11) Cisternae alat GolgiNucleus ER Golgi oleh Magnus Manske dilesenkan di bawah CC BY 3.0

RADAS GOLGI (JUGA DIKENALI SEBAGAI JASAD GOLGI ATAU GOLGI) Kami menyebut radas Golgi lebih awal apabila kita membincangkan pengeluaran protein dalam retikulum endoplasma kasar. Sebagai contoh, jika retikulum endoplasma licin dan kasar adalah cara penghasilan produk, Golgi adalah bilik mel yang menghantar produk kepada pelanggan.

Ia bertanggungjawab untuk membungkus protein dari retikulum endoplasmik kasar ke vesikel terikat membran (ruang kecil dwilapisan lipid yang menyimpan molekul) yang kemudian ditranslokasi ke membran sel. Di membran sel, vesikel boleh bersatu dengan dwilapisan lipid yang lebih besar, menyebabkan kandungan vesikel sama ada menjadi sebahagian daripada membran sel atau dilepaskan ke luar.

42

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Molekul yang berbeza sebenarnya mempunyai nasib yang berbeza apabila memasuki Golgi.

Penentuan ini dilakukan dengan menandakan protein dengan molekul gula khusus yang bertindak sebagai label penghantaran untuk protein. Sistem pengangkutan dalam sel akan mengenal pasti molekul dan menetapkannya pada salah satu daripada 4 laluan: 1. Sitosol: protein yang masuk Golgi secara tidak sengaja dihantar kembali ke sitosol (bayangkan pengekalan kod bar yang salah dan item yang dikembalikan).

2. Membran sel: protein yang ditakdirkan untuk membran sel diproses secara berterusan.

Apabila vesikel dibuat, ia bergerak ke membran sel dan bersatu dengannya. Molekul dalam jalur ini selalunya merupakan saluran protein yang membolehkan molekul masuk atau keluar dari sel, atau pengenal sel yang memasuki ruang ekstrasel dan bertindak seperti tag nama untuk sel.

3. Rembesan: Sesetengah protein adalah dirahsiakan daripada sel untuk bertindak di bahagian lain badan. Sebelum vesikel ini boleh bersatu dengan membran sel, mereka mesti berkumpul dalam bilangan yang bersesuaian, dan memerlukan isyarat kimia khas untuk dibebaskan.

4. Lisosom: Tujuan akhir untuk protein yang datang melalui Golgi adalah lisosom. Vesikel yang dihantar ke organel berasid ini mengandungi enzim yang akan menghidrolisis kandungan lisosom.

Nukleus

Vesikel pengangkut

Sisterna

cis retikulum endoplasma kasar

radas golgi (b) Bahagian trans radas golgi

Vesikel Plasma membran (a)

Rajah 2.4 Radas Golgi (merah salmon) dalam konteks laluan penyembur. (a) Peralatan Golgi memanipulasi produk dari ER kasar, dan juga menghasilkan organel baru yang dipanggil lisosom. Protein dan produk lain dari ER dihantar ke aparat Golgi, yang menganjurkan, memodifikasi, membungkus, dan menandakannya. Sesetengah produk ini diangkut ke kawasan lain sel dan ada yang dieksport dari sel melalui exocytosis. Protein enzimatik dikemas sebagai lisosom baru (atau dibungkus dan dihantar untuk perpaduan dengan lisosom yang sedia ada). (b) Mikrograf elektron peralatan Golgi.

Peralatan Golgi oleh OpenStax dilesenkan di bawah CC BY 4.0

43

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

LISOSOM Lisosom adalah pusat kitar semula sel. Organel ini adalah sfera penuh enzim yang sedia untuk hidrolisis (memotong ikatan kimia) apa-apa bahan melintasi membran supaya sel boleh menggunakan semula bahan mentah. Enzim pelupusan ini hanya berfungsi dengan baik dalam persekitaran dengan pH 5, iaitu dua magnitud lebih berasid daripada pH dalaman sel iaitu pH 7. Protein lisosom hanya aktif dalam persekitaran berasid bertindak sebagai mekanisme keselamatan untuk seluruh sel - jika lisosom mengalami kebocoran atau pecah, enzim degradasi akan dinyahaktif sebelum enzim tersebut memotong protein yang masih diperlukan oleh sel.

PEROKSISOM Seperti lisosom, peroksisom adalah organel sfera yang bertanggungjawab untuk memusnahkan kandungannya. Tidak seperti lisosom, yang kebanyakannya menguraikan protein, peroksisom adalah tapak penguraian asid lemak. Ia juga melindungi sel daripada molekul spesies oksigen reaktif (ROS) yang boleh merosakkan sel secara serius. ROS adalah molekul seperti ion oksigen atau peroksida yang dicipta sebagai hasil sampingan daripada metabolisma sel biasa dan ia juga tercipta oleh radiasi, tembakau, dan ubat-ubatan. ROS menyebabkan apa yang dikenali sebagai tekanan oksidatif (stress oxidative) dalam sel bertindak balas dengan DNA serta merosakkan molekul DNA dan sel membran lipid. ROS ini adalah sebab mengapa kita memerlukan antioksidan dalam diet kita.

MITOKONDRIA Sama seperti kilang tidak dapat beroperasi tanpa elektrik, sel tidak dapat berfungsi tanpa tenaga.

ATP adalah mata wang tenaga sel, dan dihasilkan dalam proses yang dikenali sebagai pernafasan sel. Walaupun proses bermula di sitoplasma, sebahagian besar tenaga yang dihasilkan berasal dari langkah-langkah selepas proses permulaan yang berlaku di mitokondria.

Seperti yang kita lihat dengan sampul nuklear, sebenarnya terdapat dua dwilapisan lipid yang memisahkan kandungan mitokondria dari sitoplasma. Ini dirujuk sebagai membran mitokondria dalaman dan luaran. Sekiranya kita menyeberang kedua-dua membran, kita akan berada di matriks, tempat piruvat dihantar selepas ia dicipta daripada pecahan glukosa (ini adalah langkah 1 dari pernafasan sel, yang dikenali sebagai glikolisis). Ruang antara kedua-dua membran disebut ruang intermembran, dan ia mempunyai pH yang rendah (berasid) kerana rantai pengangkutan elektron tertanam dalam pam membran dalaman dalam proton (H +) ke dalamnya. Tenaga untuk membuat ATP berasal daripada proton bergerak mengalir ke bawah daripada kecerunannya ke dalam matriks daripada ruang intermembran.

Mitokondria juga agak unik kerana ia sendiri mereplikasi dan mempunyai DNA sendiri, hampir seolah-olah ia adalah sel yang sama sekali berasingan. Teori yang lazim, yang dikenali sebagai teori endosimbiotik menerangkan bahawa eukariot pertama kali dibentuk oleh sel prokariotik besar yang menelan sel-sel yang lebih kecil yang kelihatan seperti mitokondria dan kloroplas.

Sel-sel yang terperangkap kekal utuh dan susunannya menjadi berfaedah kepada kedua-dua sel selain daripada dicerna, yang mewujudkan hubungan simbiosis.

44

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Rajah 2.5: Ultrastruktur mitokondria. Mitokondria mempunyai membran berganda; yang dalamnya mengandungi alat chemiosmotik dan mempunyai alur dalam yang meningkatkan luas permukaannya.

Walaupun biasanya digambarkan sebagai “sosis oren dengan gumpalan di dalamnya� (seperti di sini), mitokondria boleh mengambil banyak bentuk dan ruang intermembran mereka agak nipis.

Rajah sebuah mitokondria oleh Kelvinsong; diubahsuai oleh Sowlos dilesenkan di bawah CC BY-SA 3.0

45

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

03

MENATAPI KEHIDUPAN DARI SUDUT BIOMOLEKUL

3.1 Karbohidrat Karbohidrat terhasil daripada proses fotosintesis iaitu karbon dioksida bukan organik menjadi karbon organik dengan penggunaan cahaya matahari, disertai dengan pembebasan gas oksigen.

Penukaran tenaga daripada cahaya matahari kepada tenaga kimia menghasilkan karbohidrat, yang merupakan sumber tenaga utama untuk proses metabolisma. Karbohidrat bukan sahaja merupakan sumber tenaga penting tetapi juga merupakan bahan mentah untuk sintesis biokimia lain. Ia mempunyai kegunaan dalam struktur dan merupakan komponen asid nukleik.

Karbohidrat, seperti namanya, terdiri daripada karbon, hidrogen, dan oksigen. Karbohidrat adalah sebatian tenaga. Setiap hidupan boleh memecahkan karbohidrat dengan cepat, dan menjadikannya sumber tenaga terhampir. Walau bagaimanapun, tenaga yang dibekalkan oleh karbohidrat tidak dapat bertahan lama. Oleh kerana rizab karbohidrat di dalam badan mesti diisi semula dengan kerap, maka setiap individu akan merasa lapar setiap empat jam atau lebih.

Walaupun karbohidrat adalah sumber tenaga, ia juga berperanan membina struktur sel seperti dinding sel di dalam tumbuhan.

Karbohidrat semula jadi dibahagikan kepada monosakarida, atau gula mudah yang mengandungi tiga hingga sembilan atom karbon; polisakarida, atau polimer monosakarida, dan satu kategori perantaraan oligosakarida, dengan dua hingga sepuluh unit monosakarida. Oligosakarida adalah yang paling penting kepada manusia dari sudut ekonomi, dan dari sudut biologi pula adalah disakarida.

Monosakarida: Gula mudah yang mengandungi tiga, lima atau enam atom karbon adalah monosakarida. Dalam setiap kehidupan, monosakarida membentuk struktur berbentuk cincin dan boleh bergabung bersama untuk membentuk molekul gula yang lain. Monosakarida yang paling biasa adalah glukosa. Ia adalah nutrien utama untuk sel. Dalam proses yang dikenali sebagai pernafasan sel, sel mengeluarkan tenaga yang tersimpan dalam molekul glukosa.

Molekul gula bukan sahaja merupakan bahan api utama untuk tugasan sel, tetapi rangka karbon monosakarida berfungsi sebagai bahan mentah untuk sintesis molekul organik yang lain, seperti asid amino dan asid lemak.

46

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Rajah 3.1 Struktur monosakarida

Fruktosa adalah salah satu jenis gula yang merupakan komponen utama dari gula tambahan. Fruktosa adalah yang paling manis daripada pemanis kalori semula jadi.

Ia adalah sejenis monosakarida yang wujud dalam buah-buahan, madu dan sesetengah sayuran. Ia sering terikat kepada glukosa untuk membentuk sukrosa disakarida. Ia adalah salah satu daripada tiga monosakarida, bersama dengan glukosa dan galaktosa, yang diserap terus ke dalam darah semasa proses penghadaman.

Galaktosa adalah sebatian karbohidrat dalam kumpulan monosakarida, yang dikelaskan dalam kumpulan heksosa kerana ia mempunyai 6 atom karbon (C) pada molekulnya. Galaktosa terdiri daripada unsur-unsur yang sama seperti glukosa, tetapi mempunyai susunan atom yang berbeza. Galaktosa adalah salah satu monomer yang membentuk laktosa, yang boleh didapati di dalam susu. Dalam tubuh manusia, kebanyakan galaktosa yang dimakan ditukarkan kepada glukosa. Sumber utama galaktosa adalah laktosa daripada susu dan yogurt, yang dicernakan kepada galaktosa dan glukosa.

D-Galaktosa

L-Galaktosa

Rajah 3.3 Struktur galaktosa

Disakarida: Dua molekul monosakarida bergabung bersama membentuk disakarida.

Disakarida yang biasa termasuk sukrosa (gula minuman) dan laktosa (gula yang terdapat dalam susu). Terdapat juga disakarida yang dikenali sebagai maltosa yang terbentuk daripada pemecahan pati seperti yang terjadi pada tumbuhan apabila benih atau bijiannya bercambah.

Rajah 3.2 Struktur fruktosa

47

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Rajah 3.4 Struktur disakarida

Oligosakarida: Beberapa monosakarida yang disatukan akan membentuk oligosakarida.

Oligosakarida adalah penanda penting di luar sel anda, seperti oligosakarida yang menentukan sama ada jenis darah anda adalah A atau B (orang yang mempunyai darah jenis O tidak mempunyai oligosakarida tertentu ini).

Rajah 3.5 Struktur oligosakarida

Polisakarida: Rantaian panjang molekul monosakarida dihubungkan bersama membentuk polisakarida. Sesetengah polisakarida ini sangat besar, dan boleh mempunyai beribu-ribu molekul monosakarida yang bergabung bersama. Contohnya, kanji dan glikogen yang berfungsi sebagai karbohidrat simpanan dalam tumbuhan dan haiwan.

48

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Rajah 3.6 Struktur polisakarida

3.2 Protein Protein adalah antara biomolekul yang paling banyak dijumpai di dalam semua benda hidup. Ia mempunyai struktur dan fungsi yang sangat pelbagai berbanding kumpulan biomolekul yang lain. Terdapat ribuan jenis protein di dalam sel dan setiap protein tersebut mempunyai fungsi yang unik dan spesifik.

Protein boleh memberikan bentuk kepada sesuatu sel atau membantu pergerakan sel.

Selain itu, protein dapat menduplikasikan DNA dan turut bertindak sebagai isyarat di antara sel-sel. Protein juga boleh terdapat dalam pelbagai bentuk dan saiz. Walaupun struktur dan bentuk sesuatu protein berbeza-beza, namun setiap protein berasal daripada satu atau lebih rantaian asid amino.

a. Enzim Enzim merupakan molekul protein yang bertindak sebagai pemangkin yang dapat mempercepatkan kadar tindak balas biologi.

Enzim sangat diperlukan untuk proses pertumbuhan, pencernaan dan pelbagai proses penting di dalam sel. Contoh enzim pencernaan adalah seperti amilase dan lipase yang dapat memecahkan nutrien di dalam makanan kepada saiz yang lebih kecil bagi memudahkan penyerapan berlaku.

Fungsi-Fungsi Protein Hampir setiap aktiviti sel bergantung kepada protein. Protein memainkan pelbagai peranan biologi di dalam sel atau organisma dan peranan tersebut dapat diklasifikasikan seperti berikut: Rajah 3.7 Enzim pencernaan di perut

49

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

b. Protein pengawal atur Protein pengawal atur ialah sejenis protein yang berupaya mengawal aktiviti di dalam sistem badan. Contoh utama protein kawal atur ialah insulin, iaitu hormon yang mengawal atur metabolisme glukosa di dalam organisma.

e. Protein struktur Protein struktur memainkan peranan penting untuk memberikan kekuatan dan perlindungan kepada sel dan tisu. Contoh utama protein struktur ialah keratin, iaitu protein asas yang penting untuk pembentukan rambut dan kuku.

c. Protein pengangkut Protein pengangkut berfungsi untuk mengangkut sesuatu bahan ke seluruh bahagian tubuh badan. Contoh protein pengangkut ialah hemoglobin di dalam sel darah merah. Ia berupaya untuk mengangkut oksigen daripada paru-paru ke bahagian tisu yang lain.

Rajah 3.10 Rambut

Rajah 3.8 Sel darah merah

f. Protein pelindung Protein ini bertanggungjawab dalam mempertahankan dan memberi perlindungan kepada sel dan tisu. Contoh protein pelindung adalah antibodi. Ia dapat melindungi tubuh badan daripada serangan patogen asing yang diperolehi daripada bakteria dan virus.

d. Protein pengecutan dan pergerakan Protein ini berupaya untuk mengaruh selsel untuk bergerak melalui pengecutan otot. Contohnya ialah aktin dan miosin yang merupakan protein yang dapat membentuk sistem kontraksi di dalam sel otot.

Rajah 3.11 Protein pelindung dari bakteria dan virus

Rajah 3.9 Otot

50

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

g. Protein isyarat Protein isyarat berperanan membolehkan sel-sel berkomunikasi di antara satu sama lain. Protein isyarat dan reseptor bekerjasama untuk menyampaikan informasi dari bahagian luar sel ke dalam sel. Contoh protein isyarat ialah faktor pertumbuhan epidermal (EGF). Ia boleh dirembeskan di kawasan tapak luka. EGF berupaya mengaktifkan reseptor yang akan memberikan isyarat kepada sel-sel kulit untuk membahagi dan bercambah bagi membantu proses penyembuhan luka.

i. Protein penyimpan Protein penyimpan memainkan peranan penting untuk menyimpan pelbagai jenis nutrisi dan molekul yang kaya dengan tenaga.

Contoh utama protein penyimpan ialah albumin yang boleh dijumpai di dalam putih telur. Albumin boleh memberikan sumber tenaga kepada pertumbuhan sel embrio.

Rajah 3.13 Albumin dalam putih telur

Rajah 3.12 Penyembuhan luka

h. Protein sensori/deria Protein sensori berupaya membantu manusia dalam mengesan cahaya, bunyi, sentuhan, bau, rasa, rasa sakit dan suhu. Contoh protein sensori ialah reseptor olfaktori yang boleh dijumpai di dalam hidung manusia dan berfungsi mengesan pelbagai jenis bau. Reseptor in juga boleh dijumpai di dalam haiwan dan berfungsi membantu mencari makanan melalui deria bau, mengesan musuh atau pemangsa dan mencari pasangan.

Pembentukan (Sintesis) Protein Asid amino merupakan unit asas pembentukan protein. Umumnya, keseluruhan protein dibina daripada 20 set asid amino di dalam manusia dan haiwan. Setiap asid amino boleh bergabung dengan asid amino yang lain dengan ikatan kovalen spesifik untuk membentuk struktur polimer di dalam sesuatu protein. Oleh itu, protein boleh dipecahkan atau dihidrolisis kepada unit asid amino bebas.

Berikut merupakan gambar rajah bagi struktur asas asid amino:

Kumpulan amino

Kumpulan karboksil

51

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Rajah 3.14 Struktur asas bagi asid amino

Bagi struktur asas asid amino, ia terdiri daripada atom karbon (C) di bahagian tengah yang diikat dengan kumpulan amino (NH2), kumpulan karboksil (COOH) dan atom hidrogen (H). Setiap struktur asas asid amino juga terdapat kumpulan atom yang terikat dengan karbon di bahagian tengah. Kumpulan atom ini dikenali sebagai “R”, di mana ia akan menentukan identiti sesuatu asid amino dan ia adalah berbeza-beza untuk setiap asid amino. Contohnya, jika kumpulan atom “R” tersebut adalah atom hidrogen, maka, asid amino yang terhasil dikenali sebagai glisina (glycine). Jika “R” adalah kumpulan metil (CH3), maka asid amino yang terhasil ialah alanin. Selain itu, kumpulan atom “R” juga dapat menentukan sifat sesuatu asid amino iaitu sama ada berkutub (polar), tanpa kutub (non-polar), berasid atau beralkali. Sebagai contoh, asid amino seperti valin dan leusina (leucine) adalah tanpa kutub dan hidrofobik, manakala, serina (serine) dan glutamina (glutamine) pula berkutub dan hidrofilik. Jadual di bawah menunjukkan 20 jenis asid amino: Jadual 3.1 20 Jenis asid amino

20 Jenis Asid Amino

52

Glisina

Alanina

Valina

Leusina

Metionina

Isoleusina

Serina

Treonina

Sisteina

Prolina

Asparagina

Glutamina

Lisina

Arginina

Histidina

Aspartat

Glutamat

Fenilalanin

Tirosin

Triptofan

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Jadual 3.2 pula menunjukkan pengkelasan mengikut sifat-sifat asid amino: Jadual 3.2 Sifat-sifat asid amino

Tanpa kutub/Non-polar (hidrofobik)

Glisina, Alanina, Valina, Prolina, Fenilalanin, Leusina, Isoleusina, Metionina, dan Triptofan

Berkutub/polar (hidrofilik)

Glutamina, Asparagina, Tirosin, Sisteina, Serina dan Treonina

Berasid (hidrofilik)

Aspartat dan Glutamat

Beralkali (hidrofilik)

Arginina, Lisina dan Histidina

Setiap protein di dalam sel mengandungi satu atau lebih ikatan polipeptida. Ikatan polipeptida ini dibentuk oleh unit asid amino yang diikat dalam susunan. Sifat dan identiti sesuatu asid amino boleh menentukan struktur dan fungsi polipeptida tersebut. Sesuatu asid amino boleh terikat dengan asid amino yang lain melalui ikatan peptida. Kriteria penting asid amino yang membolehkan ia membentuk ikatan peptida dan menjadikannya struktur protein ialah kewujudan kumpulan amino dan kumpulan karboksil. Semasa proses pembentukan protein, kumpulan karboksil di dalam sesuatu asid amino akan terikat dengan kumpulan amino di dalam asid amino yang lain untuk membentuk ikatan peptida. Reaksi ini bertindak membebaskan molekul air (H2O). Oleh itu, ikatan polipeptida mempunyai dua kumpulan bebas di kedua-dua sisi struktur iaitu terminal amino (atau N-terminal) dan terminal karboksil (C-terminal).

Struktur Protein Kepelbagaian organisasi protein dapat dibahagikan kepada empat peringkat struktur protein (Rajah 3.15).

Struktur Primer Struktur Sekunder Struktur Tertier Struktur Kuarterner Rajah 3.15 Struktur protein

a. Struktur Primer: Struktur primer merupakan struktur protein yang paling ringkas, iaitu hanya terdiri daripada susunan linear asid amino dalam sesuatu ikatan polipeptida. Sebagai contoh, hormon insulin terdapat dua ikatan polipeptida dan untuk setiap ikatan tersebut, ia mempunyai susunan set asid amino tersendiri.

Urutan protein ditentukan oleh DNA yang mengekodkan protein. Perubahan urutan gen di dalam DNA boleh membawa kepada perubahan di dalam asid amino sesuatu protein. Malahan, dengan mengubah satu asid amino dalam urutan protein, ia turut berupaya menjejaskan struktur dan fungsi keseluruhan protein.

53

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Rajah 3.16 Struktur primer protein

b. Struktur Sekunder: Struktur sekunder merupakan peringkat kedua di dalam struktur protein. Struktur ini terhasil melalui interaksi ikatan hidrogen antara asid amino yang berdekatan. Ikatan polipeptida di dalam suatu asid amino dapat mengaturnya menjadi segmen yang berheliks atau berlipat. Terdapat 2 jenis struktur sekunder yang utama iaitu “heliks alfa” dan “heliks beta”.

Rajah 3.17 Struktur Sekunder Protein iaitu heliks alfa (kiri) dan heliks beta (kanan)

54

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

c. Struktur Tertier: Apabila ikatan polipeptida dalam suatu molekul protein dilipat dan dibengkokkan untuk membentuk struktur tiga dimensi, maka struktur tertier protein terhasil. Model riben seringkali digunakan untuk memberikan visual struktur tertier. Struktur tertier ini terbentuk hasil daripada interaksi kumpulan atom “R� antara satu asid amino dengan satu asid amino yang lain. Terdapat satu ikatan khas yang dapat menyumbang kepada pembentukan struktur tertier, iaitu ikatan disulfida. Ikatan ini bertindak sebagai pin keselamatan yang memastikan ikatan polipeptida terikat utuh antara satu sama lain.

Rajah 3.18 Struktur tertier protein

d. Struktur Kuarterner: Sesuatu protein boleh terdiri daripada 2 atau lebih bilangan ikatan polipeptida, yang juga dikenali sebagai subunit. Apabila subunit ini bergabung, ia dapat menghasilkan struktur kuarterner.

Contoh utama struktur kuarterner protein ialah hemoglobin. Umumnya, hemoglobin berfungsi membawa oksigen di dalam darah dan ia terdiri daripada empat subunit iaitu 2 alfa dan 2 beta.

Contoh lain struktur kuarterner ialah DNA polimerase (polymerase), iaitu enzim yang berfungsi mensintesis bebenang baru DNA dan ia terdiri daripada 10 subunit.

Rajah 3.19 Struktur kuarterner protein

55

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

3.3 Lipid Lemak dan minyak tergolong di bawah satu kumpulan molekul yang bernama lipid.

Struktur lipid terdiri daripada karbon, hidrogen dan oksigen. Salah satu ciri yang penting bagi lipid ialah sifat tanpa kutub (non-polar) atau hidrofobik yang menyebabkan ia tidak larut di dalam air. Lipid hanya larut di dalam pelarut organik seperti aseton dan eter.

Keluarga lipid terdiri daripada trigliserida (lemak dan minyak), fosfolipid dan sterol.

Trigliserida merupakan jenis lipid yang paling banyak terdapat di dalam makanan dan tubuh manusia. Di dalam diet harian, lemak membekalkan tenaga sebanyak 9 kilo kalori untuk setiap 1 gram makanan yang mengandungi lemak. Ketumpatan tenaga yang tinggi ini menjadikan lemak penting sebagai sumber simpanan tenaga yang efisien.

yang penting ialah kolesterol (Rajah 3.20), yang hadir di dalam makanan daripada sumber haiwan seperti daging, ikan, produk tenusu dan kuning telur. Pengumpulan kolesterol pada dinding arteri jantung akan membentuk plak yang menyebabkan aterosklerosis, iaitu penyakit yang membawa kepada serangan jantung atau strok.

Sterol yang hadir di dalam tumbuh-tumbuhan dikenali sebagai stanol. Namun, amaun stanol yang hadir di dalam buah-buahan dan kekacang adalah sedikit. Oleh kerana struktur stanol sama dengan kolesterol, ia mampu menghalang penyerapan kolesterol. Oleh itu, pengambilan makanan yang kaya dengan stanol boleh menurunkan aras kolesterol dalam darah.

Tiga jenis molekul lipid yang utama ialah fosfolipid, sterol dan trigliserida.

Fosfolipid adalah lipid yang dibina daripada dua asid lemak dan satu kumpulan fosfat.

Molekul fosfolipid mempunyai dua bahagian utama iaitu hidrofobik yang tidak larut di dalam air dan hidrofilik yang larut di dalam air kerana kehadiran sebatian fosforus (phosphorus compound).

Fosfolipid sangat penting untuk tubuh manusia kerana ia merupakan komponen membran sel yang membantu mengangkut vitamin larut lemak dan hormon masuk dan keluar daripada sel.

Sterol terdiri daripada molekul bersaiz besar dengan pelbagai jenis rantai sisi yang terikat pada gegelang karbon. Terdapat banyak sebatian penting yang berperanan memelihara tubuh manusia terdiri daripada sterol termasuk kolesterol, hempedu, hormon (testosteron, estrogen dan kortisol) dan vitamin D. Sterol

56

Rajah 3.20 Struktur molekul kolesterol

Sumber: http://www.chemspider.com/ Chemical-Structure.5775.html?rid=6e38a5e57b46-4242-8ff2-6b36db63f04b Trigliserida penting sebagai simpanan tenaga dan penebatan (insulation). Di dalam manusia, lemak terbentuk daripada lebihan glukosa.

Hati akan menyimpan glukosa dalam bentuk glikogen, dan lebihan glukosa akan ditukar ke bentuk trigliserida yang akan menjadi tisu adipos pada tubuh manusia. Oleh itu, tisu adipos terbina daripada molekul lemak yang banyak.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Trigliserida terbentuk daripada tiga molekul asid lemak yang bergabung dengan satu molekul gliserol. Kebanyakan trigliserida juga terbentuk daripada campuran lebih daripada satu jenis asid lemak. Terdapat pelbagai jenis asid lemak yang berbeza daripada segi kepanjangan. Ia bergantung kepada bilangan atom karbon dan darjah ketepuan yang ditentukan oleh bilangan ikatan ganda dua antara atom karbon. Asid lemak dikategorikan sebagai asid lemak tepu sekiranya tiada ikatan ganda dua antara atom karbon. Contoh asid lemak tepu adalah seperti yang terdapat di dalam Rajah 3.21 iaitu asid miristik yang tidak mempunyai ikatan ganda dua. Rajah 3.22 pula menunjukkan contoh asid lemak tak tepu dengan kehadiran satu ikatan ganda dua iaitu asid lenoleik.

Rajah 3.21 Struktur molekul asid miristik

Sumber: https://pubchem.ncbi.nlm.nih. gov/compound/Myristic-acid#section=2DStructure

Rajah 3.22 Struktur molekul asid linoleik Sumber: http://www.chemspider.com/ChemicalStructure.4444105.html?rid=299c8f83-2cd9-4af7b71e-b67220130421

Di dalam makanan, triglserida boleh hadir di dalam bentuk lemak atau minyak bergantung kepada ikatan antara atom karbon dan hidrogen: • Lemak mengandungi ikatan tunggal antara atom karbon dan terikat secara rapat menyebabkan lemak hadir dalam bentuk pepejal pada suhu bilik. • Minyak mengandungi banyak ikatan ganda dua antara atom karbon. Ikatan tidak tepu ini menyebabkan susunan yang tidak rapat. Hasilnya, minyak hadir dalam bentuk cecair pada suhu bilik.

57

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

3.4 DNA & RNA DNA Gen adalah DNA (asid deoksiribonukleik) yang wujud di dalam setiap sel yang memberi arahan kepada sel apa yang perlu dilakukan. Setiap gen terdiri daripada urutan DNA tertentu yang mengandungi kod (arahan) untuk membuat protein tertentu, dengan masing-masing mempunyai tugas atau fungsi tertentu di dalam tubuh. Setiap sel manusia mempunyai anggaran sebanyak 25,000 gen.

Kromosom adalah DNA panjang yang membungkus protein khas yang dikenali sebagai histon.

Kromosom mengandungi pelbagai gen yang berbeza. Kebanyakan sel manusia mengandungi 23 pasang kromosom iaitu satu pasang kromosom seks (sama ada XX pada wanita atau XY pada lelaki) ditambah dengan 22 pasang kromosom bukan seks yang disebut sebagai autosom (autosomes).

Tulang belakang gula fosfat Pasangan bes

Adenina

Sitosina

Timina

Guanina

Struktur DNA : sumber : https://www.genome.gov/genetics-glossary/Double-Helix

58

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Faktor-Faktor Berisiko kepada Kerosakan DNA Rangkaian DNA di dalam sel turut berisiko terdedah kepada kerosakan akibat daripada metabolit endogen, karsinogen dari alam sekitar dan pemakanan, ubat-ubatan antiradang serta terapeutik/perubatan kanser genotoksik. Pendedahan DNA kepada faktor berisiko ini boleh menyebabkan mutasi kepada jujukan DNA. Mutasi merupakan perubahan susunan asas gen yang tidak normal dalam membentuk DNA. Terdapat dua jenis mutasi gen iaitu mutasi gen yang diwarisi dan diperolehi. Gen yang diwarisi hadir dalam sel reproduktif yang juga dikenali sebagai germline kerana sel ini berkembang menjadi sel pembiakan dan diwarisi. Mutasi pada gen ini boleh diwarisi oleh generasi akan datang. Walaupun begitu, hanya sebahagian kecil daripada kanser dianggap berpunca secara langsung daripada mutasi gen yang diwarisi.

Seterusnya, mutasi gen yang diperoleh adalah mutasi yang tidak terdapat di dalam sel pembiakan tetapi berlaku beberapa waktu kemudian dalam kehidupan. Ia berlaku dalam satu sel dan kemudiannya diserahkan kepada mana-mana sel baru. Jenis mutasi ini juga dipanggil sebagai somatik, tidak dapat diwarisi kepada generasi akan datang dan kebanyakan kanser berlaku disebabkan oleh mutasi ini.

Walaupun sesetengah individu dilahirkan dengan gen yang sihat, namun terdapat kebarangkalian individu ini mengalami mutasi gen bergantung kepada pendedahan terhadap persekitaran termasuklah asap rokok, radiasi, hormon dan pemakanan.

Semasa proses penghasilan sel yang baharu, sel-sel akan mula membahagi dan menyalin maklumat DNA secara aktif yang boleh membawa kepada perubahan DNA (mutasi) sekiranya terdapat kesilapan proses penyalinan DNA tersebut. Ini menunjukkan bahawa setiap individu berpotensi mengalami mutasi DNA di sepanjang usianya. Sebagai contoh, risiko untuk mendapat kanser adalah lebih tinggi seiring dengan peningkatan usia. Hal ini kerana jumlah mutasi gen meningkat mengikut kekerapan dan tempoh terdedah kepada faktor-faktor yang berisiko.

Kesan Kerosakan DNA dan Genom Sel-sel tisu dan organ sering terdedah secara berterusan kepada tekanan oksidatif dan radikal bebas setiap hari. Kerosakan DNA akibat daripada tekanan oksidatif berpunca daripada faktor endogen dan eksogen. Kecederaan yang terhasil pada DNA adalah mutagenik dan ini boleh membawa kepada kepelbagaian mutasi serta mengakibatkan ketidakstabilan genetik.

Ini merupakan antara ciri-ciri khas yang boleh membawa kepada penyakit kanser kecuali ia boleh diperbaiki. Pengumpulan luka-luka pada DNA yang tidak dibaiki boleh membawa kepada pelbagai jenis penyakit. Unit blok bangunan DNA dikenali sebagai asas (bases).

Urutan pangkalan asas ini menentukan gen dan fungsinya. Sebarang modifikasi terhadap salah satu urutan asas di antara ribuan pangkalan yang membentuk gen akan memberi impak yang besar.

RNA Asid ribonukleik (ribonucleic acid atau RNA) merupakan sejenis molekul polimer yang terdiri daripada bebenang tunggal dan bertindak sebagai pengutus yang membawa arahan daripada DNA. Ia memainkan pelbagai peranan biologi yang penting seperti pengekodan, penyahkodan, pengawalaturan,

59

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

dan pengekspresan gen. Organisma sel menggunakan RNA pengutus (mRNA) untuk menyampaikan maklumat genetik (menggunakan kod-kod G, U, A dan C yang mewakili bes-bes nitrogen guanina, urasil, adenina dan sitosina) yang akan mengarahkan penghasilan protein tertentu. Kebanyakan virus mengekodkan maklumat genetik mereka menggunakan genom RNA. Beberapa molekul RNA memainkan peranan penting dalam sel-sel sebagai pemangkin tindak balas biologi, mengawal pengekspresan genetik, atau menghubungkan tindak balas kepada isyarat sel. Salah satu daripada proses aktif ini adalah sintesis protein yang berfungsi secara universal melalui arahan susunan protein di dalam sel oleh molekul RNA. Proses ini menggunakan molekul RNA penghantar (tRNA) untuk menyampaikan jujukan asid amino kepada ribosom, di mana RNA ribosom (rRNA) kemudiannya menghubungkan asidasid amino ini untuk membentuk protein dalam proses yang dinamakan sebagai translasi.

Jenis RNA Antara jenis-jenis RNA yang perlu dibezakan adalah seperti berikut: 1. RNA pengutus (messenger RNA, mRNA) - merupakan salinan kod genetik daripada DNA. Ia membawa maklumat mengenai sesuatu jujukan protein kepada ribosom yang merupakan kilang sintesis protein di dalam sel. Helaian RNA ini dikodkan agar setiap nukleotidanya (satu kodon) mewakili satu asid amino. Dalam sel-sel eukariot, mRNA pada awalnya dibentuk sebagai pra-mRNA selepas ditranskripsi daripada DNA. Ia kemudian akan diproses menjadi mRNA matang melalui pembuangan intron yang merupakan bahagian pra-mRNA yang tidak boleh dikodkan. Bebenang mRNA ini kemudiannya dibawa daripada nukleus kepada sitoplasma

60

dan ia diikat kepada ribosom dan ditranslasi menjadi bentuk protein dengan bantuan tRNA. Dalam sel-sel prokariot yang tiada nukleus dan sitoplasma pula, mRNA boleh mengikat kepada ribosom ketika ia masih menjalani proses transkripsi daripada DNA. Setelah beberapa tempoh masa tertentu, urutan ini akan terurai menjadi komponen nukleotida dengan bantuan enzim ribonuklease. Terdapat pelbagai jenis mRNA mengikut kod yang tersimpan di dalam DNA. Semasa proses transkripsi, DNA bertindak sebagai templat dan mRNA yang ditranskrip adalah komplementari/pelengkap kepada templat ini. Setiap tiga nukleotida mRNA akan mengekodkan satu asid amino dan kod in dipanggil sebagai kodon.

2. RNA penghantar (transfer RNA, tRNA merupakan satu rantaian RNA kecil yang terdiri daripada 80 nukleotida. Ia membawa asid amino tertentu kepada satu rantaian polipeptida pada tapak ribosom yang mensintesiskan protein semasa berlakunya proses translasi. Molekul ini mempunyai tapak yang menghubungkan asid amino serta kawasan antikodon untuk pengenalpastian kodon yang mengikat kepada jujukan spesifik tertentu di dalam rantaian mRNA melalui pengikatan hidrogen. Oleh kerana asid amino tidak mempunyai keafinan/darjah penggabungan kepada jujukan nukelotida mRNA, sejenis molekul pelekat diperlukan untuk meletak asid amino pada jujukan yang spesifik pada mRNA. tRNA bertindak sebagai pengangkut asid amino ke tapak sintesis.

Oleh kerana terdapat beberapa tRNA yang mengenali satu asid amino, bilangan tRNA akan melebihi asid amino itu sendiri. Antikodon merupakan komplemen (pasangan) kepada kodon mRNA, dengan itu ia membolehkan asid amino spesifik dibawa kepada mRNA mengikut jujukan yang ditentukan.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

3. RNA ribosom (ribosomal RNA, rRNA) merupakan komponen ribosom yang mempunyai kebolehan memangkin dan mempunyai salinan jujukan gen DNA yang tidak ditranslasikan.

Ribosom pada organisma eukariot mempunyai empat jenis molekul rRNA yang berbeza: 18S, 5.8S, 28S dan 5S. Dalam sitoplasma, protein dan RNA ribosom bergabung membentuk sejenis nukleoprotein iaitu ribosom. rRNA ialah kumpulan RNA terbanyak di dalam sesuatu sel yang berfungsi sebagai tapak sintesis protein. Setiap ribosom mengandungi kira-kira 60% RNA dan 40% protein. Di dalam genom eurkariot, terdapat beratus-ratus salinan gen rRNA. Trivia penting RNA • • • •

terdiri daripada bebenang tunggal. terdapat dalam sitoplasma, ribosom dan nukleus. berperanan dalam menyalin maklumat yang dibawa oleh DNA untuk mensintesis protein. bahan genetik bagi sesetengah virus.

Perbezaan antara DNA dan RNA Item

DNA

RNA

Struktur

Bebenang ganda dua

Bebenang tunggal

Lokasi

Nukleus and Nukleoid

Sitoplasma

Bes dan Gula

Deoksiribosa adalah gula dan asasnya adalah ATCG

Ribosa adalah gula dan asasnya adalah AUCG

Kepanjangan

Polimer panjang

Lebih pendek dari DNA

Fungsi

Maklumat genetik

Sintesis protein dan mengawal ekspresi gen

Kerosakan

Lebih mudah

Kurang terdedah

Perbezaan struktur DNA dan RNA : sumber https://www.medrec07.com/2016/01/pengertian-dna-dan-rnabeserta-struktur.html

61

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

04

MENATAPI KEHIDUPAN DARI SUDUT GENETIK

4.1 Fenotip Fenotip merujuk kepada rupa fizikal sesuatu organisma kerana perbezaan atau perubahan minimum pada genotip, walaupun pada spesies yang sama. Ia adalah komposit sifat atau ciri yang dapat dilihat oleh organisma, termasuk morfologi atau bentuk fizikal dan strukturnya.

Perkataan ‘fenotip’ berasal dari bahasa Yunani, feno bermaksud ‘untuk menunjukkan’, dan tip bermaksud ‘jenis’. Ciri-ciri fenotip mempunyai hubungan langsung atau tidak langsung dengan ciri-ciri genotip. Jenis sayap lalat dalam Rajah 4.1 adalah contoh fenotip dan genotip yang jelas.

Alel

Genotip

Homozigot

Fenotip

Sayap normal

Alel

Alel

Heterozigot

Sayap normal

Homozigot

Sayap normal

Sayap lain

Rajah 4.1 Ciri-ciri genotip dan fenotip pada lalat

4.2 Genotip Genotip adalah komposisi genetik pada organisma. Ia merupakan set gen dalam DNA yang bertanggungjawab untuk sifat tertentu. Dua organisma yang mempunyai perbezaan kecil dalam gen sendiri dikatakan mempunyai genotip yang berbeza seperti manusia, tumbuh-tumbuhan dan haiwan diberikan dalam Rajah 4.2. Terdapat tiga jenis genotip berbeza dikenali sebagai homozigot dominan, homozigot resesif dan heterozigot.

62

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Gen anda

Persekitaran dan gaya hidup anda

Anda!

4.2b

1) Persimpangan ketat Mikrofilamen aktin Filamen pertengahan

2.1) Persimpangan tambatan - persimpangan tegas 2.2) Persimpangan tambatan - persimpangan desmosom 2.3) Persimpangan tambatan - persimpangan hemidesmosom 3) Persimpangan tegas

4.2c

Genotip

Persekitaran

Fenotip

Rajah 4.2 Contoh genotip dan fenotip. 4.2a Manusia. 4.2b Tumbuhan. 4.2c Haiwan

Homozigus Homozigus adalah keadaan genetik organisma yang mewarisi alel yang serupa dari gen yang tertentu. Organisma dengan ciri yang dinyatakan ini dipanggil homozigot. Homozigus yang mempunyai dua salinan alel yang serupa digelar homozigus dominan, dan ia mempamerkan fenotip. Alel ini yang sering disebut “alel dominan”, biasanya diwakili oleh 2 huruf besar. Genotip tersebut diwakili dengan menggandakan simbol untuk ciri itu, seperti “BB” (Rajah 4.3). Berbeza dengan homozigus resesif, yang membawa 2 salinan alel yang biasanya diwakili oleh 2 huruf kecil “bb” (Rajah 4.3). Alel yang bersifat resesif hanya akan mempamerkan fenotip sekiranya keduaduanya adalah resesif, tetapi tidak dengan kehadiran 1 alel dominan.

63

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Homozigot

Homozigot

Heterozigot

Rajah 4.3 Homozigus dominan, heterozigus dan homozigus resesif pada kromosom

Heterozigus Heterozigus mengandungi dua alel yang berlainan dengan kombinasi alel dominan dan resesif.

Genotip heterozigus diwakili oleh huruf besar (mewakili alel dominan/liar) dan huruf kecil (mewakili alel resesif/mutan), seperti “Bb” atau “bB” (Rajah 4.3). Huruf besar biasanya ditulis terlebih dahulu. Untuk ciri yang dinyatakan, fenotip yang terpamer bergantung kepada alel dominan yang dibawa.

Kariotip Kariotip adalah proses pemasangan dan penyusunan semua kromosom organisma, yang memberi gambaran genom keseluruhan kromosom individu. Penyediaan kariotip melibatkan proses pewarnaan piawai yang mendedahkan struktur cir i-ciri (characteristics) untuk setiap kromosom. Kariotip biasanya melibatkan 22 pasang kromosom autosom dan satu pasang kromosom seks (alosom). Kariotip wanita diwakili oleh 2 kromosom X (XX). Manakala, kromosom lelaki pula diwakili oleh kromosom X dan Y (XY) seperti dalam Rajah 4.4.

Susunan ini memudahkan proses pengesanan perubahan pada kromosom yang boleh mengakibatkan gangguan genetik. Proses ini melibatkan pengasingan kromosom, pewarnaan dan pemerhatian di bawah mikroskop dengan menggunakan kromosom daripada sel darah putih. Ujian ini melibatkan penilaian bentuk, saiz dan bilangan kromosom. Kromosom yang tidak normal dalam tubuh mengganggu pertumbuhan, perkembangan dan juga fungsi badan.

64

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Human Chromosomes (a total of 46) Kromosom Manusia (Jumlah = 46)

Autosom (22 pasang)

2 kromosom seks (contoh: Lelaki XY. Wanita memiliki 2 kromosom X)

Rajah 4.4 Kariotip pada kromosom manusia

65

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

05

FUNGSI SEL

5.1 Komunikasi antara sel Sel-sel dalam organisma multisel berkomunikasi untuk menjaga kesimbangan sistem multisel Sel-sel dalam organisma multisel hidup dalam persekitaran kompleks yang terdiri daripada komuniti sel yang besar. Setiap sel mempunyai peranan unik dan tersendiri untuk memastikan sistem tersebut berjalan lancar.

Sesetengah sel berfungsi untuk mengesan kesediaan (preparedness) nutrien dari persekitarannya sebelum mengubahnya menjadi sumber tenaga.

Manakala, sesetengah sel yang lain pula bertindak menghasilkan molekul spesifik, membantu mempertahankan serangan bahan-bahan asing, dan menjaga keselamatan di dalam organisma mutisel. Secara ringkasnya, setiap sel kecil ini tidak hidup secara berasingan, mereka bekerjasama dan berkomunikasi antara satu sama lain untuk menjaga keseimbangan untuk hidup.

Komunikasi antara sel dengan persekitarannya Persekitaran mikrosel merangkumi semua faktor biologi, kimia dan fizikal yang mempunyai kepentingan tersendiri bergantung kepada jenis dan tingkah laku sel. Komunikasi yang efektif antara sel dengan semua faktor yang dinyatakan di atas (penerangan lanjut adalah seperti di bawah), penting untuk keberkesanan fungsi organisma multisel secara keseluruhannya. (i) Faktor biologi – sel jiran Komponen biologi yang penting dalam persekitaran mikrosel adalah sel jiran. Sel-sel tidak bersendirian di dalam organisma multisel, sebaliknya ia berinteraksi di antara satu sama lain yang kemudian membentuk tisu. Berbeza dengan sel haiwan, sel tumbuhan terhubung dengan sel jiran melalui pembentukan lapisan yang dikenali sebagai lamela tengah. Molekul selulosa panjang yang tertanam di dalam lapisan ini menambah kekuatan pada dinding sel dan membentuk sambungan di antara sel tumbuhan (Rajah 5.1).

Di antara sel tumbuhan, terdapat penyambung yang dikenali sebagai plasmodesma.

Plasmodesma membenarkan komunikasi antara sel berlaku secara langsung di antara sel tumbuhan. Ini merupakan komponen biologi yang penting dalam persekitaran mikrosel sel tumbuhan.

66

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Membran plasma Plasmodesmata Sitoplasma

Multilapisan pada dinding sel sekunder Lamela tengah

Dinding primer

Membran plasma

Lamela tengah Dinding primer

Serat (fibrils) selulosa pada dinding sekunder

Rajah 5.1 Dinding sel tumbuhan [Sumber: Kurniawan Sarju Ambriyanto, Isolasi dan Karakterisasi Bakteri Aerob Pendegradasi Selulosa dari Serasah Daun Rumput Gajah (Pennisetum purpureum Schaum), 2010]

Berlainan dengan sel tumbuhan, sel haiwan tidak melekat pada kedudukan yang kukuh. Sel haiwan disambungkan dengan pelbagai jenis penyambung yang dinamik, bergantung kepada fungsi tisu. Secara umum, terdapat tiga jenis penyambung utama untuk mencantumkan sel haiwan bersama (Rajah 5.2).

1) Mikrofilamen aktin

Persimpangan ketat 2.1) Persimpangan tambatan - persimpangan tegas

Filamen pertengahan

2.2) Persimpangan tambatan - persimpangan desmosom 2.2) Persimpangan tambatan - persimpangan hemidesmosom 3)

Persimpangan tambatan - persimpangan tegas

Rajah 5.2 Jenis- jenis sel simpang (sumber: ubahsuai dari Figure 19-3, Molecular Biology of the Cell, 5th Edition, Garland Science, 2008)

67

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Tiga jenis penyambung utama yang menghubungkan sel haiwan:  Simpang ketat (Tight junction) - menutup ruang antara ekstrasel sepenuhnya untuk menghalang bahan larut daripada memasuki ruang antara ekstrasel. Persimpangan ini penting untuk mewujudkan lapisan penghalang yang berkesan, seperti kulit dan membran mukus. Persimpangan ketat dikekalkan oleh tiga protein utama, iaitu Claudin, Molecules Adhesion Junction (JAM) dan Occludin yang mencantum dua membran sel bersama-sama di hujung apikal.  Simpang tambatan (Anchoring junction) - memegang sel-sel bersebelahan dengan erat tetapi masih membenarkan molekul bergerak melalui ruang antara sel. Persimpangan ini penting untuk memberikan kekuatan mekanikal dan integriti struktur kepada tisu seperti tisu otot jantung. Terdapat tiga jenis persimpangan tambatan yang dikekalkan oleh protein tambatan yang berlainan, iaitu persimpangan tegas, persimpangan desmosom dan persimpangan hemidesmosom: • Simpang tegas (Adherens junction) dipegang oleh protein cadherin yang terdapat dalam membran sel. Protein ini melekat pada sel di permukaan membran, dan juga pada mikrofilamen aktin di dalam sitoplasma. Lekatan ini membentuk sambungan di sekitar intrasel yang membolehkan pergerakan sel berlaku semasa kontraksi, seperti cantuman sel-sel otot.

• Simpang desmosom (Desmosome junction) juga dikekalkan oleh cadherin, yang berfungsi untuk mencantum dua sel bersebelahan di permukaan membran sel dalam persimpangan desmosom. Sambungan protein cadherin pada filamen tengah yang terdapat dalam sitoplasma, memberi kesan rintangan kepada daya koyak dan tarik.

Persimpangan ini berfungsi untuk menambah kekuatan kepada tisu yang biasanya dijumpai pada cantuman sel-sel epitelium dalam pembentukan tisu kulit.

• Simpang hemidesmosom (Hemisdosmosome junction) berperanan untuk melekatkan sel kepada matriks ekstrasel yang dikekalkan dengan kehadiran protein integrin. Simpang ini memegang sel pada membran basal untuk memberi integriti pada bentuk dan struktur tisu.  Simpang jurang (Gap junction) juga dikenali sebagai simpang komunikasi kerana ia berbentuk seperti struktur terowong yang menghubungkan dua sel bersebelahan.

Struktur terowong ini membolehkan laluan molekul dan ion kecil berlaku secara langsung, membolehkan komunikasi antara sel dicapai dengan lebih cepat dan berkesan dalam sel haiwan. Simpang jurang dikekalkan oleh enam protein transmembran yang dikenali sebagai protein connexon. Protein ini membentuk liang berbentuk cincin yang menghubungkan dua sel bersebelahan. Saiz struktur terowong simpang jurang ini dikawal oleh ion kalsium dan kadar pH. Pada isyarat tertentu, protein connexon akan mengecut dan menutup terowong untuk menyekat pergerakan bahan-bahan antara sel.

68

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

(ii) Faktor kimia – utusan sel Penghantaran dan penerimaan isyarat adalah penting dalam komunikasi sel. Dalam organisma multisel, sel berkomunikasi dengan sel yang berdekatan melalui saluran seperti plasmodesma (dalam sel tumbuhan sahaja) dan simpang jurang (dalam sel haiwan sahaja). Manakala, komunikasi dengan sel yang berjauhan berlaku melalui pengeluaran dan penerimaan isyarat.

Kebanyakan isyarat sel adalah bersifat kimia. Hormon, neurotransmiter dan komponen matriks ekstrasel adalah antara beberapa jenis isyarat kimia yang lazim digunakan dalam organisma multisel. Isyarat-isyarat ini selalunya dihasilkan oleh sel-sel rembesan dan dilepaskan ke dalam ruang ekstrasel, supaya dapat isyarat-isyarat ini bergerak ke sel sasaran yang berjauhanan melalui pengaliran darah.

Untuk membolehkan sel sasaran bertindak balas terhadap isyarat yang dihantar oleh selsel rembesan, sel sasaran perlu mengenali isyarat tersebut terlebih dahulu melalui reseptor yang terdapat pada permukaan membran plasma (Rajah 5.3a) atau intrasel (Rajah 5.3b). Hasil interaksi di antara molekul isyarat dan protein reseptor akan mengubah bentuk protein reseptor.

Seterusnya, merangsang sel sasaran untuk bertindak balas terhadap isyarat tersebut dengan mengubah tingkah lakunya mengikut isyarat yang diterima. Interaksi molekul isyarat dengan protein reseptor adalah spesifik. Tanpa reseptor, sel tidak dapat bertindak balas terhadap isyarat kimia.

Molekul isyarat

Molekul isyarat

Permukaan sel

Intraselular

Reseptor

DNA Reseptor

Rajah 5.3 Diagram jalur isyarat yang melibatkan (a) reseptor permukaan sel (b) reseptor intrasel (Sumber: ubahsuai dari “Signaling molecules and cell receptors: Figure 9.4 and Figure 9.5,� by OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)

Satu sel boleh mempunyai lebih daripada satu reseptor pada permukaannya atau intraselnya. Ini bermakna, satu sel tunggal boleh menerima banyak isyarat secara serentak dan mengintegrasikan semua maklumat yang diterima ke dalam pelan tindakan bersatu. Selain itu, sel rembesan juga boleh menjadi sel sasaran, bergantung pada reseptor yang dimilikinya, menjadikan komunikasi sel-sel sebagai rangkaian rumit berbilang arah.

69

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Reaksi sel selepas reseptor menerima isyarat Sel sasaran bertindak balas kepada isyarat dalam tiga langkah, iaitu :1) penerimaan (seperti yang dinyatakan sebelum ini); 2) transduksi 3) respons Transduksi isyarat berlaku selepas molekul isyarat (juga dikenali sebagai ligan) diikat pada reseptor sel sasaran. Pengikatan ligan mengubah bentuk protein reseptor dan menghasilkan tapak pengikatan baru untuk molekul isyarat yang lain. Perubahan struktur protein reseptor mengaktifkan mesej sekunder yang meningkatkan isyarat penyebaran asal di sekeliling sel.

Penjanaan mesej sekunder ini merupakan transduksi isyarat. Sel sasaran menyebarkan mesej daripada sel rembesan secara cepat dan meluas melalui proses transduksi isyarat supaya organisma mutisel yang besar dan kompleks boleh berkoordinasi dengan berkesan dan bertindak balas secara sistematik.

Respons sel kepada isyarat termasuk pengaktifan protein seperti mendorong transkripsi dan translasi protein baru ataupun penyahaktifan protein seperti menghalang atau mendegradasikan protein. Respon sel terhadap isyarat adalah spesifik, bergantung kepada jenis sel dan jenis isyarat. (iii) Faktor fizikal – infrastruktur Secara infrastrukturnya, selain bercantum dengan sel bersebelahan, sel juga bercantum dengan komponen ekstrasel dan protein integrin untuk membentuk rangka struktur dinamik.

Komponen ekstrasel ini secara kolektif dirujuk sebagai matriks ekstrasel (extracellular matrix, ECM) (Rajah 5.4). Pengikatan sel pada ECM dikenali sebagai interaksi matriks-sel. ECM adalah koleksi molekul ekstrasel yang dirembeskan oleh sel untuk memberikan sokongan struktur dan bentuk sel, mengawal aliran nutrien serta isyarat kimia kepada sel-sel dan juga memainkan peranan penting dalam proses pembahagian sel, pergerakan sel, perkembangan embrio, dan penyembuhan luka. Selain itu, ECM juga menyediakan medium untuk komunikasi antara sel.

Berikut adalah beberapa komponen penting dan fungsinya dalam ECM: ď Ł Serat kolagen memberikan sokongan struktur kepada tisu. ď Ł Fibronektin menghubungkan sel-sel ke matriks kolagen. ď Ł Proteoglikan yang terdiri daripada karbohidrat, protein dan polisakarida membentuk tisu jaringan fibrosa yang menyediakan sokongan struktur organisma.

70

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Proteoglikan karbohidrat protein

Serat kolagen polisakarida

Fibronectin

Membrane sel

Protein integrin

Mikrofilamen

Rajah 5.4 Matrik ekstrasel: Komponen fizikal sel (Sumber: ubahsuai dari “The extracellular matrix consists of a network of proteins and carbohydrates”. Figure 4.27,” by OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)

5.2 Metabolisme sel : Katabolisme dan Anabolisme Hasil pembelajaran: 1. Memahami definisi metabolisme.

2. Memahami fungsi katabolisme dan anabolisme.

3. Berupaya membezakan katabolisme dan anabolisme.

Pernahkah anda terfikir daripada manakah tubuh badan kita memperolehi tenaga untuk melakukan aktiviti-aktiviti harian seperti berjalan, berlari, makan, berenang dan lain-lain?

Tenaga berasal daripada makanan yang dimakan. Sebelum menjadi tenaga, makanan tersebut perlu dicerna dan diserap oleh tubuh melalui saluran darah ke sel-sel tubuh. Zat makanan ini kemudiannya diurai untuk menghasilkan tenaga di dalam mitokondria sel. Proses ini disebut ‘proses penguraian’ atau katabolisme. Katabolisme merupakan salah satu proses metabolisme sel.

71

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

partikel ATP sintase ruang antamembran matriks

krista ribosom granula

membran dalam membran luar DNA mitokondria

Rajah 5.5 Mitokondria

Metabolisme Manusia, haiwan dan tumbuhan terdiri daripada jutaan sel. Setiap sel ini memiliki fungsi tertentu untuk kelangsungan hidup suatu organisma. Untuk menjalankan fungsinya, sel melakukan proses metabolisme. Metabolisme adalah reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalam sel hidup.

Reaksi kimia ini akan mengubah suatu zat menjadi zat lain.

Metabolisme sel terbahagi kepada dua, iaitu katabolisme dan anabolisme.

Rajah 5.6 Dua jenis metabolisme sel

Katabolisme adalah proses penguraian bahan kompleks menjadi bahan ringkas di dalam organisma hidup untuk menghasilkan tenaga. Tenaga yang diperoleh akan disimpan dalam molekul-molekul organik dan digunakan untuk melakukan kerja dari sel.

Anabolisme pula adalah proses pembinaan sebatian kompleks daripada bahan ringkas di dalam organisma seperti pembentukan protein dari asid amino. Berbeza dengan katabolisme, anabolisme ini tidak menghasilkan tenaga, sebaliknya memerlukan tenaga.

72

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Katabolisme Katabolisme adalah proses penguraian bahan kompleks menjadi bahan ringkas dengan bantuan enzim. Penguraian ini menghasilkan tenaga ATP. Secara umumnya, semasa proses katabolisme, reaksi oksidasi akan berlaku.

Fungsi utama katabolisme ialah: i. menyediakan bahan yang diperlukan untuk sintesis oleh molekul lain, dan ii. menyediakan tenaga yang diperlukan untuk melakukan aktiviti sel.

Contoh katabolisme adalah respirasi aerob dan respirasi anaerob. Respirasi aerob adalah respirasi yang memerlukan oksigen untuk menghasilkan tenaga. Manakala, respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak memerlukan oksigen untuk menghasilkan tenaga.

Rajah 5.7 Contoh katabolisme

Respirasi aerob Sebahagian besar haiwan dan tumbuhan melakukan respirasi aerob. Respirasi aerob adalah pembakaran zat makanan menggunakan oksigen dari pernafasan untuk menghasilkan tenaga (ATP). Seterusnya, ATP akan digunakan untuk memenuhi proses hidup yang memerlukan tenaga.

Pada respirasi ini, bahan makanan seperti senyawa karbohidrat, lemak atau protein dioksidasi sempurna menjadi karbon dioksida dan air. Pada reaksi di atas, substrat yang dioksidasi sempurna adalah glukosa. Oksigen diperlukan sebagai akseptor elektron terakhir pada rantai transpor elektron di mitokondria.

Karbon dioksida (CO2) dibebaskan sebagai bahan buangan. Di dalam sistem respirasi manusia, CO2 dilarutkan dalam darah, kemudian dibebaskan melalui pernafasan paru-paru. Molekul air juga merupakan bahan buangan hasil dari respirasi aerob yang turut dibuang melaui plasma darah ke paru-paru, seterusnya melalui hembusan nafas.

Respirasi aerob boleh dibahagikan kepada empat tahap: i. Glikolisis: pengubahan glukosa menjadi piruvat dan ATP tanpa memerlukan oksigen. ii. Pengdekarboksilan oksidatif asid piruvat: berlaku di dalam mitokondria dan merupakan

73

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

reaksi kimia yang mengawal Kitaran Krebs. Semasa proses ini, asid piruvat ditukar menjadi molekul asetil-KoA. iii. Kitaran Krebs: untuk organisma eukariotik, proses ini berlangsung pada matriks dalam mitokondria. Manakala untuk organisma prokariotik, ia berlangsung dalam sitoplasma. iv. Pengangkut elektron: proses pemindahan elektron dari suatu substrat ke substrat lain secara berantai disertai pembentukan ATP melalui proses fosforilasi oksidatif.

Respirasi Anaerob Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak menggunakan oksigen dan menggunakan glukosa sebagai substrat. Ia juga dikenali sebagai fermentasi.

Antara ciri-ciri fermentasi adalah: i. Terjadi pada organisma yang tidak memerlukan oksigen. ii. Tiada penyaluran elektron ke Kitaran Krebs dan pengangkut elektron. iii. Tenaga (ATP) yang terhasil adalah lebih sedikit berbanding respirasi aerob. iv. Mekanisme yang ditempuhi ialah glikolisis dan pembentukan alkohol (fermentasi alkohol) serta pembentukan asid laktat. v. Menghasilkan produk berupa asid organik, alkohol dan gas. vi. Organisma anaerobik juga menghasilkan tenaga, iaitu melalui reaksi-reaksi yang disebut sebagai fermentasi yang menggunakan bahan organik sebagai penderma dan penerima elektron. Bakteria anaerob fakultatif dan bakteria anaerob obligat menggunakan pelbagai cara fermentasi untuk menghasilkan tenaga. Misalnya bakteria Streptococus lactis menggunakan fermentasi asid laktat untuk menghasilkan tenaga dengan menguraikan glukosa menjadi asid laktat melalui proses glikolisis. Proses ini melibatkan pengubahan satu molekul glukosa menjadi dua molekul asid piruvat disertai dengan pembentukan dua molekul NADH+.

Antara organisma yang melakukan fermentasi adalah bakteria dan parasit yang hidup di kawasan lumpur, makanan yang diawet, atau keadaan yang tidak beroksigen.

Namun begitu, terdapat juga beberapa organisma yang berespirasi menggunakan oksigen, tetapi boleh melakukan fermentasi sekiranya berada di dalam keadaan yang kurang oksigen.

Sebagai contoh, sel-sel otot dapat melakukan respirasi anaerob jika kekurangan oksigen. Pada fermentasi, glukosa dipecah menjadi 2 molekul asid piruvat, 2 molekul NADH, dan menghasilkan 2 molekul ATP. Akan tetapi, fermentasi yang tidak sempurna hanya memecahkan glukosa menjadi karbon dioksida dan air. Molekul ATP yang dihasilkan juga tidak sebanyak ATP yang dihasilkan dari glikolisis. Hasil akhirnya, fermentasi dibezakan menjadi fermentasi asid laktat dan alkohol.

Anabolisme Anabolisme adalah reaksi pembentukan molekul sederhana menjadi molekul yang lebih kompleks. Ia merupakan proses sintesis yang memerlukan tenaga, dan melibatkan reaksi endergonik. Antara contoh reaksi anabolisme ialah fotosintesis atau sintesis karbohidrat dengan bantuan tenaga cahaya matahari, dan kemosintesis dengan bantuan tenaga kimia.

74

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Rajah 5.8 Contoh reaksi anabolisme

a) Fotosintesis Fotosintesis merupakan proses sintesis yang memerlukan cahaya (fotos = cahaya; sintesis = penyusunan atau membuat bahan kimia). Fotosintesis menghasilkan karbohidrat daripada karbon dioksida dan air dengan bantuan tenaga cahaya matahari. cahaya matahari 6CO2 Karbon dioksida

+

6H2O

→

C6H12O66O2

air

glukosa

+

6O2 oksigen

Rajah 5.9 Kloroplas

Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas merupakan organel plastida yang mengandungi pigmen hijau pada daun dipanggil klorofil. Sel yang mengandungi kloroplas terdapat pada mesofil daun yang disebut sebagai palisad atau jaringan tiang dan sel-sel jaringan bunga karang yang disebut spons. Struktur kloroplas tersusun seperti di dalam Gambar 5.9.

75

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Klorofil merupakan pigmen utama yang terdapat pada tumbuhan yang berfungsi menyerap cahaya radiasi elektromagnetik. Terdapat 2 jenis klorofil iaitu (i) klorofil a dan (ii) klorofil b. Selain klorofil, terdapat juga pigmen lain seperti karotenoid, antosianin, dan fikobilin.

Klorofil a Klorofil a mampu menyerap cahaya merah dan biru keunguan dan amat penting semasa reaksi gelap fotosintesis.

Klorofil b Klorofil b merupakan klorofil yang mampu menyerap cahaya biru dan merah kejinggaan. b) Kemosintesis Kemosintesis berlaku pada organisma autotrof, atau lebih dikenali sebagai kemoautotrof (auto = sendiri; trofik = makanan). Organisma kemoautotrof ini mampu menghasilkan bahan organik yang diperlukan dari zat-zat tidak organik dengan bantuan tenaga kimia yang terhasil dari reaksi oksidasi. Kemampuan untuk melakukan proses kemosintesis ini hanya terdapat pada mikroorganisma dan bakteria autotrof seperti bakteria sulfur, bakteria nitrat, bakteria besi dan lan-lain.

Contoh: Bakteria besi memperoleh tenaga kimia melalui proses oksidasi Fe2+ (ferro) menjadi Fe3+ (ferri). Manakala bakteria Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh tenaga dengan cara mengoksidasi NH3 (ammonium karbonat) menjadi asid nitrit. c) Sintesis Lemak Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein kerana dalam metabolisme, ketigatiga zat tersebut bertemu di dalam Kitaran Krebs, melalui asetil ko-enzim A. Oleh kerana tindak balas asetil ko-enzim A dapat diubah kembali (reversible), ketiga-tiga bahan tersebut (lemak, protein dan karbohidrat) dapat saling mengisi sebagai bahan pembentuk.

Contoh: Lemak dapat dibentuk daripada protein dan karbohidrat. Manakala, karbohidrat dapat dibentuk daripada lemak dan protein dan seterusnya. d) Sintesis Protein Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan ribosom.

Penggabungan molekul-molekul asid amino dalam jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein merupakan polipeptida.

76

Setiap sel daripada organisma mampu untuk mensintesis protein tertentu yang bersesuaian dengan keperluannya. Sintesis protein di dalam sel terjadi hasil daripada pengawalaturan oleh DNA dan RNA.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

5.3 Sel bernafas untuk penghasilan tenaga Respiratori Pernafasan atau respirasi merupakan proses penting yang membekalkan oksigen kepada badan dan menyingkirkan karbon dioksida. Proses ini juga melibatkan penguraian makanan untuk penghasilan tenaga. Semua benda hidup melakukan respirasi untuk menjalankan proses kehidupan dan memastikan aktiviti sel berjalan lancar. Ia melibatkan dua peringkat utama iaitu respirasi luar (pernafasan luar) dan respirasi dalam (pernafasan dalam).

Respirasi Luar Respirasi ini juga dikenali sebagai pernafasan luar yang melibatkan pertukaran gas antara permukaan respirasi organisma dengan persekitaran secara langsung. Ia melibatkan proses pengambilan oksigen ke dalam paru-paru dan menghembuskan karbon dioksida ke luar. Proses ini penting untuk mengekalkan hemostasis dalaman tubuh. Mekanisma yang terlibat dalam respirasi luar ialah penarikan nafas (inspirasi), penghembusan nafas (ekspirasi) dan rehat.

Pertukaran gas berlaku merentasi permukaan alveolus. Udara yang disedut masuk ke alveolus mempunyai lebih banyak oksigen berbanding kandungan di dalam kapilari darah di sekeliling alveolus. Tekanan separa oksigen juga lebih tinggi di dalam alveolus berbanding di dalam kapilari darah.

Respirasi Dalam Respirasi ini dikenali sebagai respirasi sel yang melibatkan proses biokimia untuk menghasilkan tenaga bagi sel hidup. Respirasi ini melibatkan proses pengoksidaan dan penguraian glukosa untuk membebaskan tenaga. Tenaga ini disimpan dalam bentuk molekul.

Respirasi Sel Merupakan proses sel-sel bertindak memecahkan glukosa kepada bentuk yang boleh digunakan sebagai tenaga. Respirasi sel ini mengambil makanan dan menggunakannya untuk menjana ATP yang kemudian digunakan untuk tenaga. Keadaan ini hanya akan berlaku sekiranya sel-sel badan mendapatkan oksigen yang mencukupi. Proses ini dikenali sebagai respirasi aerob. Dalam keadaan kekurangan oksigen, sel-sel badan akan menggunakan respirasi anaerob yang tidak melibatkan penggunaan oksigen.

Respirasi Aerob Respirasi aerob memerlukan oksigen untuk mengoksidakan glukosa secara lengkap bagi membebaskan kesemua tenaga yang boleh diperoleh dari glukosa. Proses ini berlaku didalam mitokondria.

Glukosa (C6H12O6) + oksigen (6O2) ---------- karbon dioksida (6CO2) + air (6H2O) + tenaga (2898kJ)

77

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Sebahagian besar tenaga disimpan dalam bentuk tenaga kimia yang dikenali sebagai adenosina trifosfat (ATP) melalui pertambahan satu molekul fosfat tak organik kepada adenosina dwifosfat (ADP). Pemecahan ATP kepada ADP dan fosfat tak organik akan membebaskan tenaga.

ADP + Pi ----------------- ATP (disimpan) ATP (dibebaskan) ------------------ ADP + Pi ATP merupakan pembekal tenaga yang utama untuk semua sel hidup untuk menjalankan aktiviti seperti pergerakan otot. Semasa berlakunya respirasi sel, sebanyak 36 ke 38 molekul ATP terhasil dengan pemecahan setiap satu molekul glukos.

Terdapat tiga peringkat penghasilan tenaga iaitu glikolisis, kitar Kreb dan rantaian pengangkut elektron. Ketiga-tiga peringkat ini menghasilkan tenaga yang diperlukan oleh sel-sel untuk bekerja. Tenaga yang lengkap hanya boleh diperoleh sekiranya oksigen yang diperlukan adalah mencukupi.

Respirasi Anaerob Respirasi anaerob tidak memerlukan oksigen. Di dalam keadaan ketiadaan oksigen atau oksigen yang tidak mencukupi, glukosa tidak akan diuraikan secara lengkap. Oleh itu, tenaga yang terhasil adalah sedikit (2 molekul ATP). Contoh bahagian badan manusia yang sering menjalankan respirasi anaerob ialah otot manusia. Semasa manusia bergerak aktif, kadar pernafasan dan denyutan jantung meningkat untuk membekalkan lebih banyak oksigen. Namun apabila gerakan otot lebih cepat, bekalan oksigen ke sel otot akan tidak mencukupi. Dalam keadaan kekurangan oksigen, sel-sel otot akan menjalankan respirasi anaerob untuk membebaskan tenaga. Namun tenaga yang terhasil dari respirasi anaerob ini adalah kurang berbanding tenaga yang terhasil dari respirasi aerob. Ini kerana penguraian glukos yang tidak lengkap tanpa kehadiran oksigen akan menghasilkan asid laktik. Pengumpulan asik laktik dalam sel-sel otot akan mengakibatkan otot mengalami kekejangan dan kelesuan.

Glukosa ------------ asid laktik + 150kJ tenaga (2 molekul ATP dibebaskan) Hutang oksigen ini akan dibayar semula apabila semua asid laktik dioksidakan.

78

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Perbezaan antara Respirasi Aerob dan Respirasi Anaerob Respirasi Aerob

Respirasi Anaerob

Berlaku dengan kehadiran oksigen yang mencukupi.

Berlaku tanpa kehadiran oksigen atau oksigen yang tidak mencukupi.

Berlaku di dalam mitokondria.

Berlaku di dalam sitoplasma.

Glukosa terurai secara lengkap.

Glukosa tidak terurai secara lengkap.

Tenaga yang dibebaskan adalah banyak (38 molekul ATP setiap glukosa).

Tenaga yang dibebaskan adalah sedikit (2 molekul ATP setiap glukosa).

Menghasilkan karbon dioksida, air dan tenaga.

Menghasilkan asid laktik dan tenaga.

Contoh: berlaku pada sebahagian besar tumbuhan dan haiwan.

Contoh: berlaku di dalam otot manusia, bakteria dan yis.

5.4 Pentaksiran kod kehidupan untuk penggandaan sel dan

penghasilan protein Salah satu ciri yang membezakan di antara benda hidup dan tidak hidup adalah sifat keselanjaran; iaitu kebolehan untuk membiak dari satu generasi ke generasi yang lain, serta mewariskan sifatsifat genetiknya. Di dalam setiap organisma hidup, penggandaan bilangan sel adalah penting dalam proses tumbesaran, pembiakan dan juga pembaikan sel yang telah rosak. Apabila suatu sel melalui proses penggandaan, setiap komponennya akan digandakan termasuklah DNA, dan seterusnya dibahagikan untuk membentuk satu sel yang baharu. Sekiranya suatu sel membahagi untuk membentuk sel yang seiras dengannya, ia dikatakan menjalani penggandaan aseksual.

Organisma yang terdiri daripada sel tunggal seperti bakteria, berganda secara aseksual melalui proses yang dikenali sebagai belahan dedua (binary fission). Kaedah ini membolehkan organisma tersebut menggandakan bilangannya dalam masa yang singkat. Sel-sel yang terkandung dalam organisma lebih kompleks seperti manusia boleh berganda secara aseksual, melalui proses yang dikenali sebagai mitosis. Namun, terdapat juga sel-sel yang berganda melalui suatu proses khusus yang dikenali sebagai meiosis.

Oleh itu, setiap jenis sel boleh membahagi melalui dua kaedah: mitosis atau meiosis (Rajah 5.10).

Proses penggandaan aseksual seperti mitosis akan menghasilkan sel yang sama dengan sel sebelumnya. Sebaliknya, penggandaan seksual seperti meiosis melibatkan proses khusus yang menghasilkan sel dengan hanya separuh daripada maklumat genetik daripada sel sebelumnya.

79

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Sel perlu berganda untuk memenuhi proses-proses berikut: 1. Untuk menambahkan bilangan sel yang sama bagi proses pertumbuhan. Setiap organisma bermula sebagai satu sel melalui persenyawaan gamet jantan dan betina.

Apabila mencapai usia matang, jumlah sel akan bertambah sehingga lebih daripada 10 trillion sel. Setiap sel ini berganda daripada satu sel yang sama melalui proses mitosis.

2. Untuk menambah bilangan sel yang sama bagi menggantikan sel yang rosak. Setiap sel dalam suatu organisma perlu digantikan, terutamanya apabila sel tersebut telah mencapai usia tua atau rosak melalui pelbagai proses fisiologi. Contohnya, sel kulit manusia perlu digantikan kerana ia sentiasa terdedah kepada persekitaran yang ekstrem. Untuk tujuan ini, sel-sel kulit akan menjalani proses penggandaan mitosis.

3. Untuk memelihara kelangsungan spesis dan perkongsian gen-gen penting. Sel-sel gamet bagi setiap organisma melalui proses penggandaan meiosis untuk memelihara separuh daripada kandungan genetiknya. Melalui proses persenyawaan, sel yang terhasil akan mempunyai kandungan genetik yang normal dan berkongsi gen-gen dari kedua-dua sel gamet yang berlainan jantina. Proses ini membolehkan organisma baru dihasilkan bagi kelangsungan spesis tersebut.

Sel yang melalui proses penggandaan akan menggandakan setiap komponen di dalamnya sebelum membahagi kepada dua sel. Dalam senario ini, setiap sel akan mengalami penambahan dalam saiznya, manakala setiap organel akan digandakan. DNA setiap sel pula akan melalui replikasi; suatu proses asas yang menggunakan bebenang DNA asal sebagai templat bagi penghasilan bebenang DNA baru (Rajah 5.11). Ini membolehkan sel yang terhasil dari proses penggandaan mempunyai DNA yang serupa dengan sel asalnya, dan mengelakkan komplikasi yang boleh menyebabkan penyakit-penyakit genetik seperti kanser dan sindrom Down.

Proses replikasi DNA melibatkan langkah-langkah berikut: 1. Kedua-dua bebenang DNA sel asal akan berpisah menyebabkan struktur heliks berganda terurai. Ini akan membolehkan komponen nukleotida pada kedua-dua bebenang DNA terdedah bagi proses replikasi. Kemudiannya struktur cabang pereplikaan/replication fork akan dibentuk, dan terdiri daripada komponen-komponen seperti dalam Rajah 5.11.

2. Molekul enzim polimerase DNA akan membaca kod DNA pada bebenang asal, dan membina bebenang baru yang saling melengkapi berdasarkan prinsip pasangan bes. Dalam prinsip ini, setiap nukleotida Adenina (A) akan sentiasa dipasangkan dengan nukleotida Timina (T), manakala setiap nukleotida Sitosina (C) akan sentiasa dipasangkan dengan nukleotida Guanina (G).

80

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Belahan dedua

Mitosis

Meiosis

Sel diploid

Fasa S Replikasi DNA

Segregasi kromosom

Sitokinesis

Gamet

Zigot

Rajah 5.10 Proses penggandaan bagi setiap jenis sel boleh berlaku melalui sama ada proses belahan dedua, mitosis, atau meiosis. Proses belahan dedua dan mitosis menghasilkan sel baru yang serupa (penggandaan aseksual), manakala proses meiosis (dalam sel-sel gamet) menghasilkan sel baru dengan separuh kandungan genetik sel sebelumnya. Proses persenyawaan antara dua sel gamet berlainan jantina akan menghasilkan sel baru dengan kandungan genetik kedua-dua sel gamet tersebut.

Proses replikasi DNA akan menghasilkan dua pasangan bebenang DNA dengan jujukan yang serupa. Setiap pasangan bebenang DNA yang terhasil adalah bersifat ‘semikonservatif’, kerana pasangan bebenang DNA tersebut terdiri daripada satu bebenang asal dan satu bebenang baru.

Proses penggandaan sel melibatkan replikasi DNA Replikasi DNA hanya berlangsung pada satu arah; dari 5’ ke 3’. Orientasi kedua-dua bebenang DNA asal adalah berlawanan, atau dikenali sebagai antiparallel strands. Oleh itu, replikasi akan berlaku melalui dua cara yang berlainan bergantung kepada bebenang yang terlibat. Proses replikasi DNA pada satu bebenang yang berlaku secara terus menerus dinamakan bebenang utama (leading strand) yang memasangkan nukleotida DNA dari hujung bebenang DNA asal hingga ke pangkalnya tanpa henti. Proses pasangan nukleotida DNA pada bebenang utama tidak menghasilkan fragmen-fragmen yang berasingan. Proses replikasi pada bebenang kedua pula akan berlaku secara berperingkat disebabkan orientasinya yang berlawanan. Bebenang DNA ini dikenali sebagai bebenang susulan (lagging strand). Oleh itu, proses pasangan nukleotida DNA

81

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

pada bebenang susulan dilakukan secara berperingkat dan menghasilkan fragmen-fragmen yang berasingan dikenali sebagai fragmen Okazaki.

Proses replikasi DNA tidaklah berlaku secara serentak pada setiap nukleotida DNA sepanjang bebenangnya. Proses replikasi DNA hanya akan bermula selepas pembentukan cabang pereplikaan. yang terbentuk secara berperingkat (Rajah 5.12). Cabang pereplikaan ini terdiri daripada beberapa komponen-komponen penting, termasuklah: a. DNA polimerase – Enzim yang menghasilkan pasangan nukleotida DNA pada bebenang baru. Enzim ini hanya boleh bertindak ke atas RNA primer yang telah melekap pada bebenang DNA asal. b. Helikase – Enzim yang berfungsi untuk memisahkan kedua-dua bebenang asal DNA untuk menguraikan struktur heliks berganda DNA. c. Penyepit gelongsor – Molekul yang berfungsi untuk memastikan DNA polimerase tidak tergelincir dari bebenang DNA asal semasa proses replikasi DNA sedang berlaku. d. Primase – Enzim yang berfungsi untuk melekapkan primer RNA pada bebenang DNA asal. e. Topoisomerase – Enzim yang berfungsi untuk memastikan bahawa orientasi bebenangbebenang DNA lama dan baru tidak bertindih antara satu sama lain.

Kromosom Nukleotida bebas

DNA polimerase

Bebenang pendahuluan DNA asal (templat)

Helikase Bebenang susulan Cabang pereplikaan Adenina Timina Sitosina Guanina

DNA polimerase

Bebenang DNA asal (templat)

Rajah 5.11 Proses replikasi DNA melibatkan penguraian struktur heliks berganda DNA. Molekul-molekul seperti helikase, penyepit gelongsor, DNA polimerase dan nukleotida bebas seterusnya akan membentuk struktur cabang pereplikaan.

82

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

DNA polimerase I

DNA polimerase III

DNA ligase

Primase

RNA primer

Bebenang susulan Helikase

Fragmen Okazaki Bebenang pendahuluan

Topoimerase Penyepit gelongsor DNA polimerase III

Protein pengikat bebenang tunggal

Rajah 5.12 Struktur cabang pereplikaan terdiri daripada pelbagai molekul. Ini termasuklah primer RNA, helikase, penyepit gelongsor, topoisomerase, DNA polimerase dan primase. Setiap komponen ini mempunyai fungsi tertentu yang membolehkan proses replikasi DNA berlaku.

Penggandaan sel melibatkan pelbagai fasa Penggandaan sel merupakan proses sel-sel baru akan terhasil bagi menggantikan sel lama atau sel yang telah mati. Dalam proses penggandaan sebahagian daripada fasa-fasa ini akan digunakan untuk tempoh masa sel berfungsi dan tempoh masa pembahagian sel. Perselangan masa di antara sel berfungsi dan pembahagian sel ini dikenali sebagai kitaran sel. •

Kala fungsian sel dikenali sebagai interfasa. Di dalam kala ini, sel berfungsi seperti biasa menjalankan segala aktiviti fisiologi dalam organisma tersebut. Dalam interfasa (inter bermaksud ‘di antara’), sel menjalankan proses metabolisme biasa sebelum menerima isyarat untuk membahagi. Sebelum memasuki kala pembahagian, sel dalam interfasa akan membesar dan menggandakan struktur serta molekulnya supaya proses pembahagian boleh berjalan dengan lancar.

•

Kala pembahagian sel membabitkan sama ada proses mitosis atau meiosis. Sel yang perlu berganda secara aseksual akan melalui proses mitosis untuk menghasilkan sel yang serupa dengannya, sebagai contoh, sel kulit yang perlu menggantikan sel-sel lama atau rosak. Sel yang perlu berganda secara seksual pula akan melalui proses meiosis untuk menghasilkan sel dengan separuh kandungan genetiknya, dikenali sebagai sel gamet sama ada sperma atau ovum (di dalam haiwan), atau sel spora (di dalam tumbuhan dan kulat).

83

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Proses mitosis dan meiosis mempunyai pelbagai persamaan, tetapi juga mempunyai ciri-ciri khusus yang penting untuk membezakan di antara keduanya (Jadual 5.1).

Jadual 5.1 Perbandingan umum di antara proses mitosis dan meiosis.

Mitosis

Meiosis

Penggandaan sel berlaku dalam satu proses Penggandaan sel berlaku melalui dua proses yang berbeza. sahaja.

Kromosom tidak berpasangan sebelum penggandaan.

Kromosom perlu berpasangan untuk menjalani proses rekombinasi homolog dalam fasa prophase I.

Rekombinasi homolog tidak berlaku.

Rekombinasi homolog dan pindah-silang perlu berlaku antara kromosom dua gamet, membawa kepada kepelbagaian genetik sel baru (Rajah 5.13).

Sel baru mempunyai bilangan kromosom yang sama dengan sel asal (diploid – 2n).

Sel baru mempunyai bilangan kromosom separuh daripada sel asal (haploid – n).

Sel baru mempunyai informasi genetik yang Sel baru mempunyai informasi genetik yang berbeza dengan sel-sel asalnya, kerana telah sama dengan sel asal. melalui proses rekombinasi homolog dan pindah-silang.

Proses penggandaan sel bermula dengan interfasa Proses penggandaan sel selalunya bermula dengan interfasa. Membran sel asal kekal utuh sepanjang fasa ini, dan struktur kromosom tidak dapat dilihat. Proses replikasi DNA (penggandaan bahan genetik sel) berlaku dengan kerap di dalam interfasa.

Interfasa mempunyai 3 peringkat: 1. Fasa G1: Selalunya adalah fasa paling lama dalam kitaran sel; sel akan meningkat dalam saiz dan struktur, setiap kromoson wujud sebagai satu jalur dwibebenang (double-stranded).

Beberapa jenis sel kadangkala sentiasa berada sepenuhnya dalam fasa G1, sebagai contoh sel saraf manusia. Sel-sel ini hanya berada dalam fasa fungsian sel dan tidak bergerak ke fasa pembahagian sel sepanjang kitaran hidupnya.

2. Fasa S: Fasa ini adalah keadaan sel bersedia untuk membahagi, dan proses replikasi DNA berlaku dengan pesat. Setiap molekul DNA digandakan untuk membentuk dua pasangan kromatid (sister chromatids) yang bercantum bersama dalam satu struktur kromosom.

3. Fasa G2: Dalam fasa ini, sel sedang bersedia untuk membahagi. Dalam fasa G2, sel giat menghasilkan protein-protein sitoskeleton (cytoskeleton) yang wujud sebagai bebenang halus dikenali sebagai gelendong serat (spindle fiber).

84

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Homologus kromosom

Perpindahan Kromatid

Kromatid rekombinan

Kromosom bukan rekombinan

Rajah 5.13 Proses rekombinasi homolog dan pindah silang antara dua kromosom boleh membawa kepada variasi genetik. Perpindahan atau perkongsian bahan genetik antara dua kromosom homolog (sama) akan membentuk kromoson baru dengan gabungan pelbagai bahan genetik baru.

85

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Mitosis: Pencetak fotostat semula jadi Sejurus selepas fasa G2 dicapai dalam interfasa, proses mitosis akan berlaku bagi penggandaan sel. Proses-proses yang berlaku dalam mitosis adalah bertujuan untuk memastikan bahawa bahan genetik yang telah direplikasi akan diagihkan secara sama rata di antara sel asal dan sel baru yang dihasilkan. Proses mitosis oleh itu berlaku dalam 4 peringkat, iaitu: 1. Profasa: Kromosom dalam sel asal akan bersedia untuk dipindahkan, dan berada dalam struktur gegelung padat. Dalam profasa, membran nuklear mula terurai dan gelendong mitotik telah dibentuk.

2. Metafasa: Dua pasangan kromoson di dalam sel ditarik oleh gelendong mitotik ke tengahtengah sel (meta bermaksud ‘tengah’).

3. Anafasa: Kromosom-kromosom yang telah digandakan akan berpisah supaya setiap pasangan kromatid akan bertumpu di sisi yang berlainan. Dengan cara ini, setiap sel baru akan mempunyai bilangan DNA/kromosom yang sama.

4. Telofasa: Sel akan mula membahagi dengan membentuk dua membran sel baru. Setiap membran baru ini akan menyelubungi satu pasangan kromosom dan gegelung mitotik akan terurai bagi pembentukan membran nukleus baru.

Selepas telofasa, proses penggandaan sel yang dikenali sebagai cytokinesis akan berlaku. Dua sel akan dihasilkan; satu sel asal dan satu sel baru dengan kandungan genetik yang sama.

Meiosis dan kepentingannya sebagai proses variasi genetik antara organisma Proses meiosis adalah istimewa, kerana sel yang terhasil daripada proses ini akan mempunyai separuh daripada kandungan genetik sel asal. Setiap sel manusia mempunyai 46 kromosom melalui 23 pasangan yang boleh dilihat melalui teknik karyotyping (Rujuk topik Karyotyping).

Salah satu daripada pasangan kromosom ini diwarisi dari setiap sel gamet berbeza jantina; kita menerima satu salinan genetik dari ibu dan satu salinan genetik dari bapa masing-masing.

Sel gamet pula mempunyai hanya 23 kromosom, separuh dari bilangan kromosom dalam sel biasa. Melalui persenyawaan untuk membentuk sel zigot, bilangan kromosom akan menjadi normal (46 kromosom). Oleh itu, setiap sel gamet perlu melalui proses pengandaan yang berbeza (iaitu meiosis) supaya bilangan kromosom selepas persenyawaan tidak akan melebihi bilangan sel normal. Proses meiosis boleh dikategorikan kepada dua bahagian; meiosis I dan meiosis II (Rajah 5.15).

86

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Dalam meiosis I, kromosom homolog (sama) akan dipasangkan dan diasingkan kepada dua sel. Setiap sel menerima satu pasangan kromosom, tetapi pasangan kromosom ini akan turut direplikasikan. Pasangan kromosom ini dikenali sebagai kromatid beradik (sister chromatids).

Dalam meiosis II, pengandaan sel berlaku sekali lagi dan setiap kromosom beradik ini akan diagihkan kepada setiap sel secara sama rata. Selepas meiosis II, 4 sel akan terbentuk dan mempunyai hanya satu kromatid. Sel-sel ini kemudiannya tidak akan melalui proses penggandaan.

Anak nukleus II

Anak nukleus

Interfasa

Meiosis I Kromosom Homologus

Meiosis II

Rajah 5.14 Proses kitaran sel (sel haiwan) boleh dibahagikan kepada dua peringkat; interfasa dan mitosis.

Kebanyakan sel berada dalam peringkat interfasa sehingga menerima isyarat untuk membahagi. Sel-sel ini seterusnya akan memulakan peringkat mitosis yang terdiri daripada 4 fasa: profasa, metafasa, anafasa dan telofasa.

87

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Meiosis I Proses penggandaan seksual bermula dengan meiosis I, yang terdiri daripada fasa-fasa berikut: 1. Profasa I: Dalam fasa ini, membran nukleus sel terurai dan kromatid akan membentuk struktur kromosom. Pembentukan gelendong yang terikat pada kromosom akan berlaku, dan proses sinapsis akan berlangsung. Sinapsis berlaku apabila 2 kromosom berpasangan melekap antara satu sama lain (Rajah 5.16). Pada peringkat ini, akan berlaku pertukaran DNA antara dua kromosom homologus. Melalui proses inilah, variasi genetik akan berlaku di antara kromosom yang membawa kepada penghasilan kepelbagaian jenis gamet.

2. Metafasa I: Fasa ini bermula dengan kromosom homolog beratur di tengah-tengah sel.

Dalam meiosis proses ini melibatkan kromosom-kromosom homolog, manakala dalam mitosis metafasa hanya melibatkan kromosom individu.

3. Anafasa I: Dalam fasa ini, dua kromatid dari setiap pasangan homolog akan beratur ke sisi sel yang berasingan. Ini akan menyebabkan bilangan kromosom berkurang dari diploid ke haploid.

4. Telofasa I: Sel akan mengalami proses seperti interfasa, fasa yang membentuk membran nukleus, kromosom akan terpisah dan tersebar di dalam nukleus. Struktur nukleoli akan terbina dan gelendong akan terurai.

Kromosom Homologus

Sinapsis

Saling silang

Rajah 5.15 Proses sinapsis penting di dalam meiosis kerana pertukaran DNA antara kromosom homolog akan menghasilkan kromosom dengan kandungan DNA yang berbeza dengan kromosom asal.

Meiosis II Dalam proses meiosis II, sel yang terbentuk daripada meiosis I akan terus berganda untuk menghasilkan empat sel gamet yang berbeza. Meiosis II bermula seperti meiosis I, tetapi ia bermula dengan separuh bilangan kromosom berbanding sel asalnya.

1. Profasa II: Dalam fasa ini, membran nuklear akan terurai, nukleoli hilang manakala gelendong terbentuk dan melekap pada kromosom.

2. Metafasa II: Fasa ini adalah sama dengan metafasa I, tetapi bilangan kromosom yang terlibat adalah separuh daripada sel asal.

3. Anafasa II: Kromatid beradik bagi setiap kromosom yang direplikasi akan bergerak ke sisi sel yang bertentangan.

88

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

4. Telofasa II: Membran nuklear dan nukleoli hilang, manakala kromosom meregang serta gelendong terurai.

Selepas telofasa II, proses cytokinesis berlaku sekali lagi. Empat sel akan dihasilkan melalui meiosis dengan separuh kandungan genetik dari asal. Segala proses-proses yang terangkum dalam meiosis dalam kitaran sel boleh dirumuskan pada Rajah 5.17.

Translasi DNA mentaksirkan kod genetik untuk menghasilkan protein bagi metabolisma dan fungsian sel Informasi genetik yang terkandung dalam DNA suatu sel akan menentukan jenis produk yang dihasilkan. Protein adalah salah satu daripada produk penting yang terhasil daripada proses pentaksiran jujukan mRNA yang terhasil daripada proses transkripsi. Proses penjanaan protein ini dinamakan translasi DNA. Selepas bebenang mRNA dihasilkan dari proses transkripsi berada di sitoplasma sel, molekulmolekul ribosom akan terlekap padanya untuk membentuk tapak translasi (Rajah 5.17).

Pentaksiran kod genetik dalam proses translasi DNA dibaca setiap 3 jujukan nukleotida DNA; dikenali sebagai kodon. Oleh itu, setiap kodon adalah terdiri dari 3 jujukan nukleotida DNA dan akan ditaksirkan sebagai satu asid amino bagi suatu protein. Jenis asid amino bagi setiap kodon ditentukan oleh kod genetik seperti dalam Jadual 5.2.

Kodon-kodon yang terhasil dari kombinasi 3 nukleotida DNA ini mempunyai beberapa ciri-ciri ekslusif, termasuklah: Kodon AUG dinamakan kodon pemula. Proses translasi akan bermula pada kodon pemula dengan kombinasi nukleotida AUG. Ini bermakna, asid amino pertama bagi protein yang ditaksirkan adalah kodon selepas kodon pemula.

Kodon-kodon UAA, UAG, dan UGA adalah kodon penamat. Proses translasi akan tamat apabila pentaksiran kod genetik menemui sama ada kodon UAA, UAG, atau UGA. Ini bermakna kodon penamat tidak akan ditranslasikan kepada suatu asid amino. Dengan cara ini, tiada penambahan molekul kepada protein yang dihasilkan.

Suatu asid amino boleh ditranslasi menggunakan lebih dari satu kodon. Sebagai contoh, asid amino arginine boleh ditranslasikan dari kodon CGU, CGC, CGA, atau CGG.

89

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Profasa I

Sentromer

Profasa I

Antafasa I

Telofasa I & Sitokinesis Alur pemisah

Sentrometer (mengandungi kinetokor)

Sentriol

Plat metafasa

Gelendong

Kiasmata

Kromosom homologus

Kromosom mula kondensasi dengan penguraian sampul nukleus. Saling silang berlaku pada fasa ini.

Mikrotubul

Pasangan kromosom bergerak ke arah khatulistiwa sel

Kromatid beradik

Kromosom homologus bergerak ke arah kutub sel yang bertentangan.

Profasa II

Profasa II

Antafasa II

Gelendong baru terbentuk di sekitar kromosom

Kromosom metafasa II

Sentomer membahagi.

berbaris di khatulistiwa

Kromatid bergerak ke kutub sel yang bertentangan

Kromosom berkumpul pada kutub dalam sel sementara pembahagian sitoplasma berlaku.

Telofasa II & Sitokinesis

Sampul nuklear terbentuk di sekitar setiap set kromosom.

Sitoplasma membahagi.

Kromatid terpisah dua

Rajah 5.16 Proses meiosis di dalam suatu sel haiwan. Proses meiosis menghasilkan 4 sel gamet dengan separuh kandungan genetik dari sel asalnya. Melalui proses sinapsis dalam meiosis I, setiap sel gamet mempunyai komponen genetik yang pelbagai.

90

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Rajah 5.17 Pembentukan tapak translasi bagi pentaksiran kod genetik dan penghasilan protein di dalam sel. Proses translasi melibatkan dua tapak di dalam subunit ribosom, iaitu tapak S dan tapak P.

Proses translasi melibatkan beberapa langkah penting 1. Inisiasi translasi: Dalam proses ini, ribosom dan tRNA pertama dengan kodon AUG akan melekap pada mRNA. Selepas itu, subunit ribosom besar akan melekap bagi membentuk ribosom yang lengkap.

2. Elongasi translasi: Setiap tRNA akan memasuki poket di dalam struktur ribosom dinamakan tapak A. Molekul tRNA seterusnya akan memasuki poket bersebelahannya, dinamakan tapak P, tempat polipeptida protein akan dijana. Selepas asid amino ditambah kepada polipeptida protein tersebut, tRNA pada setiap tapak akan bergerak ke tapak seterusnya supaya proses elongasi boleh berterusan. Proses ini akan berlaku sehingga hujung mRNA dicapai.

3. Penamatan translasi: Sekiranya struktur ribosom menemui kodon penamat dan menampung tapak A, suatu enzim dinamakan faktor pelepas akan memasuki struktur ribosom dan menamatkan proses elongasi protein.

91

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Jadual 5.2 Kod genetik bagi proses translasi DNA. Pentaksiran kod genetik DNA melibatkan 3 jujukan nukleotida DNA dinamakan kodon. Kombinasi jujukan nukleotida yang membentuk kodon ini akan menentukan jenis asid amino yang dihasilkan berdasarkan kod di bawah.

92

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK GEN, INOVASI MALAYSIA KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

06

PENYUNTINGAN GEN SEBAGAI TEKNIK MENGAWAL ATUR KUASA GEN

Penyuntingan gen merupakan teknologi yang membolehkan saintis mengubah DNA sesuatu organisma. Teknologi ini membenarkan bahan genetik untuk ditambah, dikeluarkan atau diubah suai pada lokasi spesifik dalam sesuatu genom. Teknologi ini semakin mendapat perhatian terutamanya dalam bidang perubatan untuk menghindari dan mengubati penyakit.

Teknik-teknik Penyuntingan Gen: 1. CRISPR-associated protein-9 nuclease (Cas9) 2. Homologuos recombination 3. RNA interference (RNAi) 4. Zinc-finger nucleases (ZFNs) 5. Transcription-activator like effector nucleases (TALENs) Salah satu teknik penyuntingan gen yang semakin mendapat perhatian dalam dunia sains adalah CRISPR-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats and CRISPRassociated protein 9). Teknik penyuntingan gen ini bukan sahaja murah dan cepat, bahkan lebih tepat dan efisien berbanding dengan kaedah yang lain.

CRISPR-Cas9 diadaptasikan daripada sistem penyuntingan gen yang ditemui secara semula jadi dalam bakteria. Bakteria boleh memerangkap cebisan DNA daripada virus yang menyerangnya, seterusnya membentuk segmen DNA yang dikenali sebagai ‘CRIPR arrays’. Segmen ‘CRISPR arrays’ ini membolehkan bakteria mengenal pasti serangan virus dengan menghasilkan segmen RNA yang menyasarkan pada DNA virus tersebut. Enzim Cas9 dalam bakteria tersebut pula akan memotong DNA sasaran, seterusnya menyahaktifkan jangkitan virus tersebut.

Kebanyakan kajian perubatan kini menggunakan model in vitro (sel kultur) dan in vivo (haiwan) dalam penyuntingan gen untuk memahami tentang sesuatu penyakit. Antara penyakit yang sedang dikaji menggunakan teknologi ini adalah seperti fibrosis sista, hemofilia, anemia sel sabit, penyakit jantung, HIV, dan kanser. Walaupun hasil daripada kajian tersebut amat memberangsangkan, namun keberkesanan dan keselamatan kaedah ini pada manusia masih di peringkat kajian. Dalam bidang pertanian pula, penyuntingan gen berpotensi untuk menghasilkan tumbuhan yang bukan sahaja boleh mengeluarkan hasil yang tinggi, bahkan juga kaya dengan kandungan zat, dan tahan terhadap serangan haiwan perosak dan kemarau.

Sebagai contoh, penyuntingan gen telah terbukti meningkatkan hasil tanaman seperti kanola/ canola dan kacang soya serta meningkatkan kandungan minyak dalam tanaman tersebut.

93

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Sejak tahun 2012 saintis telah menguji sistem CRISPR di makmal untuk mensasarkan DNA menggunakan sel haiwan atau tumbuhan. Kajian ini mendapati CRISPR boleh melumpuhkan atau ‘knock out’ gen dalam sel. Dengan menggunakan kaedah CRISPR, jujukan kod DNA untuk gen baru boleh ditambahkan pada jujukan asal yang telah dipotong sebelum itu.

Penyelidik boleh mereka bentuk jujukan RNA yang boleh mengunci atau berinteraksi dengan apa sahaja gen yang mereka kehendaki, dan mencampurkannya dengan enzim tertentu. Maka terhasillah perkakasan penyuntingan gen/’gene-editing tool’ yang tepat/teliti dan tersendiri seperti yand diringkaskan dalam Rajah 6.1.

PENYUNTINGAN GEN DENGAN CRISPR

Rajah 6.1 Penyuntingan gen dengan CRISPR

94

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

6.1 Bioetika dan penyuntingan gen Bioetika merujuk kepada implikasi etika dan aplikasi sains hayat yang berkait dengan kesihatan. Terdapat pelbagai persoalan dan konflik yang menjadi pertikaian di kalangan ahli saintis dan penyelidik dalam aplikasi penyuntingan gen. Antaranya: 1. Apakah had/limit yang dibenarkan dalam penyuntingan genetik?

2. Adakah penyuntingan genetik embrio/ manusia dibenarkan?

3. Berapa banyak perubahan yang boleh dilakukan sekiranya penyuntingan genetik manusia dibenarkan?

4.

Bagaimanakah kesilapan daripada penggunaan penyuntingan gen ini boleh dikurangkan?

5. Apakah kesan sampingan yang mungkin terjadi daripada penggunaan kaedah penyuntingan genetik?

CRISPR mempunyai aplikasi yang meluas dalam bidang perubatan. Penggunaan CRISPR untuk menyembuhkan penyakit yang mengancam nyawa adalah satu matlamat yang baik. Akan tetapi, penggunaan teknologi ini untuk tujuan pengubahsuaian genetik manusia dengan menghasilkan “designer babies� contohnya, menimbulkan persoalan dari segi etika. Buat masa ini, para saintis tidak mempunyai keupayaan untuk mengawal pelbagai faktor yang membentuk keunikan individu.

Justeru, pembentangan dan perdebatan ilmiah tentang isu bioetika ini adalah perlu untuk kebaikan masa hadapan.

Persoalan ini menjadi tajuk berita utama penghujung tahun 2018, apabila Dr. He Jiankui, seorang saintis dari Universiti Sains dan Teknologi Selatan di Shenzhen, China, mengumumkan kelahiran anak kembar yang diubah suai secara genetik. Sehingga kini, tidak ada kajian yang diterbitkan, dikaji semula untuk mengesahkan pernyataan ini atau bukti konkrit tentang kewujudan kembar tersebut.

Walau bagaimanapun, jika ia benar, ia akan menjadi contoh pertama manusia diubah suai secara genetik.

Pertimbangan Etika Keselamatan Penyuntingan gen berkemungkinan mempunyai kesan sampingan seperti suntingan di tempat yang salah dan kemozekan/’mosaicism‘ (apabila sesetengah sel membawa pengeditan tetapi yang lain tidak).

Justeru, keselamatan menjadi kebimbangan utama dalam meluluskan penggunaan kaedah ini. Laporan dari Sidang Kemuncak Antarabangsa mengenai Penyuntingan Gen Manusia, secara umumnya bersetuju bahawa sehingga pengeditan genom dianggap selamat melalui penyelidikan, ia tidak boleh digunakan untuk tujuan pembiakan klinikal.

Risiko yang ada tidak boleh diabaikan hanya berdasarkan potensi faedah yang diperolehi dari pengeditan genom. Bagaimanapun, para saintis dan ahli bioetika mengakui bahawa dalam beberapa kes, pengeditan suntikan dapat menangani keperluan yang tidak dipenuhi oleh preimplantation genetic diagnosis (PGD).

95

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

Sesetengah penyelidik dan ahli bioetika menunjukkan kebimbangan terhadap apa sahaja yang berkaitan dengan penyuntingan genom, walaupun untuk tujuan terapeutik.

Ini kerana, tanpa sebarang dasar dan pengawasan, potensi penyuntingan genom untuk digunakan bagi tujuan bukan terapeutik pada masa akan datang adalah amat membimbangkan. Namun begitu, terdapat juga kelompok yang berpendapat bahawa pengeditan genom yang telah dibuktikan selamat dan berkesan untuk menyembuhkan penyakit genetik, harus dibenarkan.

Pemakluman

persetujuan

(Informed

consent) Terdapat kebimbangan tentang kemungkinan untuk mendapatkan persetujuan yang dimaklumkan untuk terapi germline.

Persoalannya di sini, apakah kuasa ibu bapa untuk menentukan masa depan anak mereka dari segi genetik? Penyelidik dan ahli bioetika juga bimbang tentang kemungkinan terdapat risiko sampingan yang belum dikenal pasti dengan teknologi yang ada dalam penyuntingan gen walaupun ‘informed consent’ telah diperolehi.

Keadilan dan Ekuiti (Justice and Equity) Seperti kebanyakan teknologi baru, terdapat kebimbangan bahawa penyuntingan genom hanya akan dapat diakses oleh mereka yang berpendapatan tinggi dan meningkatkan jurang yang ada dalam akses kepada penjagaan

96

kesihatan dengan penglibatan pelbagai pihak. Terdapat juga kebimbangan tentang penghasilan kelas individu berdasarkan kualiti genom mereka yang direka pada masa akan datang.

Penyelidikan penyuntingan melibatkan embrio

genom

Terdapat bantahan moral dan agama terhadap penggunaan embrio manusia untuk penyelidikan. Dana Persekutuan Amerika Syarikat tidak boleh digunakan untuk sebarang penyelidikan untuk mencipta atau memusnahkan embrio. Di samping itu, National Institutes of Health (NIH) tidak membiayai apa-apa penggunaan penyuntingan gen dalam embrio manusia.

Walaupun NIH tidak membiayai pengeditan gen dalam embrio manusia pada masa ini, banyak kumpulan bioetikal dan penyelidikan percaya bahawa penyelidikan menggunakan penyuntingan gen dalam embrio penting untuk pelbagai sebab. Sesetengah negara telah membenarkan penyelidikan penyuntingan gen dalam “nonviable embryos”. Secara umum, penyelidikan yang dijalankan dalam embrio boleh menggunakan sisa embrio yang selamat atau tidak sihat dari teknik ‘In vitro fertilisation’(IVF), atau embrio yang dihasilkan khas untuk penyelidikan. Setiap kes terlibat mempunyai pertimbangan moral tersendiri.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

GLOSARI 1. ADP - Adenosina difosfat merupakan sebatian organik dalam metabolisma dan ia adalah penting untuk aliran tenaga dalam sel-sel hidup

9.

Aseksual merupakan sejenis pembiakan yang tidak melibatkan meiosis, pembentukan gamet, atau pensenyawaan

2. Aerob - persekitaran yang beroksigen.

10. Asid amino - Asid amino merupakan sebatian organik biologi yang terdiri mempunyai kumpulan berfungsi amina (-NH2) dan asid karboksilik (-COOH), dengan rantai sisi yang khusus untuk setiap asid amino

3. Aktin - adalah subunit monomerik dua jenis filamen dalam sel: mikrofilamen, salah satu daripada tiga komponen utama sitoskeleton, dan filamen nipis, sebahagian daripada alat kontraksi dalam sel-sel otot.

4. Alel - Alel merupakan bentuk alternatif bagi suatu gen untuk suatu sifat yang membuahkan kesan-kesan yang berbeza. Adakalanya alel yang berbezabeza boleh menyebabkan perbezaan dalam ciri fenotip yang dapat diperhatikan 5. Amilase - ialah satu enzim yang memangkinkan hidrolisis kanji kepada gula 6. Anabolisma - adalah satu set rangkaian metabolik yang membina molekul dari unit yang lebih kecil. Reaksi ini memerlukan tenaga, yang juga dikenali sebagai proses endergonik 7. Anaerob beroksigen

persekitaran

yang

tak

8. Antibodi - adalah protein besar berbentuk Y yang dihasilkan terutamanya oleh sel plasma yang digunakan oleh sistem imun untuk meneutralkan patogen seperti bakteria patogen dan virus.

11. Asid nukleik - merupakan sejenis makromolekul yang terdiri daripada rantaian nukleotida yang mampu membawa maklumat atau membentuk struktur dalam sel.

12. Atom - adalah zarah terkecil yang boleh didapati dalam unsur kimia tanpa mengubah sifat-sifat kimianya 13. ATP – Adenosina trifosfat adalah bahan organik kompleks yang menyediakan tenaga untuk memacu kebanyakkan proses dalam sel hidup 14. Autosom - adalah kromosom yang bukan kromosom seks 15. Autotrof – adalah organisma yang boleh mensintesis sebatian organik kompleks seperti karbohidrat, lemak dan protein daripada bahan bukan organik yang ringkas, 16. Biomolekul - atau molekul biologi adalah istilah longgar yang digunakan untuk molekul dan ion yang hadir dalam organisma yang penting untuk satu atau lebih proses biologi biasa, seperti pembahagian sel

97

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

17. Difusi - adalah pergerakan bersih (atom, ion, molekul) dari rantau kepekatan yang lebih tinggi ke kawasan kepekatan yang lebih rendah. Penyebaran didorong oleh kecerunan dalam kepekatan 18. Diploid - mempunyai dua salinan homologous setiap kromosom, biasanya satu dari ibu dan satu daripada bapa 19.

DNA Asid deoksiribonukleik.

Komponen kimia utama kromosom dan merupakan bahan yang menghasilkan gen. Ia kadangkalanya juga dipanggil molekul perwarisan atas keadaannya yang boleh mewariskan sifat-sifat daripada organisma induk 20. Eksogen - tumbuh atau berasal dari luar organisma atau struktur 21.

Embrio merupakan eukariot diploid multisel dalam tahap terawal dalam perkembangan, dari masa pembahagian sel pertama hingga kelahiran, penetasan, atau percambahan 22. Endogen - tumbuh atau berasal dari dalam organisma atau struktur 23. Endosimbiotik - adalah mana-mana organisma yang hidup di dalam badan atau sel-sel organisme lain dalam hubungan mutualistik dengan badan tuan rumah atau sel, sering tetapi tidak selalu untuk saling menguntungkan 24. Enzim - sejenis protein yang bertindak sebagai pemangkin organik yang dapat mengawal atur serta mempercepatkan tindak balas biokimia dalam sel

98

25. Eukariot - sejenis organisma yang sel-selnya mengandungi nucleus dan struktur-struktur kompleks yang terlindung dalam membran.

26. Faj - adalah virus yang menjangkiti dan mereplikasi dalam bacteria 27. Fakultatif – bermaksud pilihan atau budi bicara 28. Fenotip - suatu ciri-ciri (baik struktural, biokimia, fisiologi, dan perilaku) yang dapat dilihat secara fizikal dari suatu organisme yang diatur oleh genotip dan lingkungan serta interaksi keduanya 29.

Flagela - adalah cambuk yang menonjol dari sel bakteria dan sel eukariotik tertentu yang befungsi untuk lokomotor/pergerakan 30. Fosfolipid - adalah kelas lipid yang merupakan komponen utama semua membran sel 31. Fotosintesis - merujuk kepada proses penukaran tenaga cahaya daripada matahari kepada tenaga biokimia.

32. Gamet- sel yang melakur dengan sel lain semasa pensenyawaan (penghamilan) dalam organisma yang membiak secara seks 33. Gen - adalah jujukan linear DNA yang merupakan unit berfungsi pada kromosom atau plasmid 34. Genetik - merupakan bidang sains yang mengkaji fenomena pewarisan dan variasi dalam kesemua makhluk hidup

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

35.

Genom - keseluruhan maklumat keturunan suatu makhluk hidup yang dikod ke dalam DNA (atau RNA untuk sesetengah virus) 36.

Genotip - merupakan kandungan genetik di dalam sesuatu organisma.

Genotip tidak dapat dilihat dengan mata kasar, dan bergantung kepada pewarisan gen daripada induk-induk organisma 37.

Genotoksik - agen kimia yang merosakkan maklumat genetik dalam sel dengan menyebabkan mutasi, yang boleh menyebabkan kanser 38. Glikogen - ialah sejenis polimer glukosa dan merupakan karbohidrat simpanan yang terdapat dalam tisu haiwan dan mikroorganisma 39.

Glikolisis - berlaku dalam sitosol.

Semua tisu menggunakan laluan glikolisis untuk memecahkan glukosa, menjanakan tenaga dan bahan perantara untuk tindak balas biosintesis. Glikolisis ialah pusat untuk metabolisme karbohidrat 40. Glukosa - sejenis gula ringkas dengan formula molekul C6H12O6. Ia merupakan salah satu monomer bagi karbohidrat 41. Haploid - merujuk kepada mempunyai setengah bilangan set kromosom yang biasanya ditemui dalam gamet 42.

Hemoglobin - merupakan molekul protin di dalam sel darah merah yang bergabung dengan oksigen dan karbon dioksida untuk diangkut melalui sistem peredaran darah ke tisu-tisu dalam badan

43. Heterozigot - apabila sel mengandungi dua alel yang berlainan (satu alel jenis liar dan satu alel mutan) gen 44.

Hidrofilik - merujuk kepada ciri-ciri fizikal molekul yang larut oleh air 45.

Hidrolisis - bermakna pembelahan ikatan kimia dengan penambahan air 46. Hidrofobik - merujuk kepada ciri-ciri fizikal molekul yang ditolak oleh air 47. Hipertonik - larutan yang mengandungi kepekatan yang lebih tinggi daripada suatu larutan lain 48. Hipotonik - larutan yang mengandungi kepekatan yang lebih rendah daripada suatu larutan lain 49. Histon - adalah protein beralkali yang terdapat dalam nukleus sel eukariotik yang membungkus dan menyusun DNA ke dalam unit struktur yang dinamakan nucleosom 50. Homozigot - apabila alel identik gen hadir pada kedua-dua kromosom homologus 51. Insulin - sejenis hormon jenis polipeptida yang dihasilkan oleh kelenjar pankreas yang berfungsi dalam pengawalan keseimbangan tahap glukosa dalam darah dan bertindak meningkatkan pengambilan glukosa oleh sel badan 52.

Intron - adalah sebarang urutan nukleotida dalam gen yang dikeluarkan oleh splicing RNA semasa pematangan produk akhir RNA

99

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

53. Ion - adalah satu atom, kumpulan atom, atau zarah subatomik dengan satu jumlah cas elektrik 54. IVF - persenyawaan in-vitro merupakan proses di mana sel telur disenyawakan oleh sperma di luar rahim 55.

Karotip - menggambarkan kiraan kromosom sesuatu organisma dan bagaimana kromosom ini kelihatan di bawah mikroskop cahaya 56.

Karsinigenesis adalah proses pembentukan kanser, iaitu sel biasa

dan menukarkannya sebelum menyimpankannya dalam molekul tenaga simpanan ATP dan NADPH, sambil membebaskan oksigen daripada air 62. Kodon - adalah urutan tiga DNA atau RNA nukleotida yang sepadan dengan asid amino tertentu atau isyarat berhenti semasa sintesis protein 63. Koenzim - alah sebatian kimia bukan protein yang terikat secara ketat kepada enzim dan diperlukan untuk pemangkinan

diubah menjadi sel-sel kanser 57. Karsinogen - ialah agen-agen yang boleh mencetuskan pertumbuhan barah (kanser) dalam tisu hidup 58. Katabolisma - adalah satu set rangkaian metabolik yang menguraikan molekul ke unit yang kecil yang sama ada teroksida untuk melepaskan tenaga atau digunakan dalam reaksi anabolik yang lain 59.

Keratin - adalah sejenis protein serat yang kuat dan tidak larut yang membentuk rambut, kuku, kulit, tanduk dan gigi 60.

Klorofil merupakan pigmen fotosintesis yang boleh dijumpai dalam kebanyakan tumbuhan dan alga 61. Kloroplas - subunit organel khusus yang terdapat di dalam sesebuah sel tumbuhan dan algae. Fungsi utama kloroplas adalah untuk menghasilkan proses fotosintesis apabila pigmen sensitif cahaya klorofil mengumpul tenaga daripada cahaya matahari

100

64. Kromatid - adalah kromosom yang baru disalin atau salinan kromosom sedemikian, kedua-duanya masih bergabung dengan kromosom asal dengan sentromer tunggal 65.

Kromatin - adalah kompleks DNA dan protein yang terdapat dalam sel eukariotik. Fungsi utamanya adalah pembungkusan molekul DNA yang sangat panjang ke dalam bentuk yang lebih padat, padat, yang menghalang helai daripada menjadi kusut 66. Kromosom - adalah satu molekul makro asid deoksiribonukleik atau DNA, dan merupakan ‘unit’ asas DNA dalam satu sel 67. Ligan - adalah bahan yang membentuk kompleks dengan biomolekul yang berfungsi dlam proses biologi 68. Lipase - enzim yang memangkinkan hidrolisis lemak (lipid)

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

69. Meiosis - sejenis pembahagian sel yang menghasilkan empat sel anak dengan separuh jumlah kromosom sel induk 70. Mikroskop - peralatan makmal yang digunakan untuk melihat objek yang terlalu kecil bagi mata kasar 71. Miosin - adalah superfamili protein motor yang paling terkenal kerana peranan mereka dalam penguncupan otot dan dalam pelbagai proses motilitas lain dalam eukariota 72.

Mitokondria

-morganel

77. Nukleotida - merupakan sebatian kimia yang terdiri daripada tiga bahagian: bes heterosiklik, gula 5-karbon dan satu atau lebih kumpulan fosfat 78. Nukleus - organel berbentuk sfera atau bujur dan dikelilingi oleh membran nukleus yang berfungsi untuk mengawal sebarang aktiviti sel 79. Obligat - bermaksud keperluan 80. Olfaktori - adalah reseptor kimia yang membentuk rasa bau

tempat

berlangsungnya fungsi respirasi sel makhluk hidup selain fungsi selular lain, seperti penghasilan tenaga

81. Oligosakarida - ialah kelas karbohidrat yang mengandungi dua hingga lapan unit monosakarida

73. Mitosis - Proses pembahagian nukleus sel eukariot untuk menghasilkan dua sel anak yang mengandungi kromosom yang seiras dengan kromosom induk (mempunyai bilangan dan jenis kromosom yang sama dengan sel induk

82. Organel - alah salah satu daripada beberapa struktur dengan fungsi khusus yang terapung-apung dalam sitoplasma sel eukariot

74. Monosakarida - ialah gula ringkas dan merupakan unit yang paling kecil bagi sesuatu karbohidrat

83. Osmosis - merujuk kepada pergerakan bersih molekul pelarut (air) menyeberangi satu membran separuh telap dari kawasan berkepekatan tinggi kepada kawasan berkepekatan rendah

75. Mutasi - merujuk kepada pertukaran kepada jujukan pasangan asas bahan genetik (sama ada DNA atau RNA)

84. Patogen - merujuk kepada apa sahaja benda yang boleh menyebabkan penyakit

76.

NADH Nikotinamida adenina dinukleotida (NAD) ialah koenzim ditemui dalam semua sel-sel hidupan.

Sebatian itu adalah dinukleotida, kerana ia terdiri daripada dua nukleotida bergabung melalui kumpulan fosfat.

Terlibat dalam tindak balas redoks

85. Pemangkin- adalah sejenis bahan yang meningkatkan kadar tindak balas kimia 86. Pigmen - adalah bahan yang mengubah warna cahaya yang dipantulkan atau dihantar sebagai hasil penyerapan gelombang-selektif

101

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

87.

Plasmodesmata - adalah bahagian tipis dari retikulum endoplasma yang melintasi lubang-lubang dan menghubungkan sel-sel yang bersebelahan 88. Polimer - ialah rangkaian atom yang panjang dan berulang-ulang dan dihasilkan daripada sambungan beberapa molekul lain yang dinamakan monomer 89. Polisakarida - kelas karbohidrat yang mempunyai lebih daripada lapan unit monosakarida yang diulang beberapa kali untuk membentuk rantaian yang panjang

95. Reseptor - adalah struktur kimia yang terdiri daripada protein, yang menerima dan transduksi isyarat yang boleh diintegrasikan ke dalam sistem biologi 96. Ribosom - merupakan mesin molekul rumit didapati dalam semua sel hidupan yang berfungsi sebagai tapak sintesis protein (translasi) 97. RNA Asid ribonukleik. Adalah sejenis molekul polimer penting dalam pelbagai peranan biologi seperti pengekodan, penyahkodan, pengawalaturan, dan pengungkapan gen

90.

Prokariot - merupakan sekelompok organisma yang tidak mempunyai nukleus sel, ataupun sebarang organel terikat membran yang lain

98. ROS - spesies kimia reaktif kimia yang mengandungi oksigen

91. Protein - adalah biomolekul besar, atau makromolekul, yang terdiri daripada satu atau lebih rantaian panjang residu asid amino

99.

Simbiosis - adalah sebarang jenis interaksi biologi yang sama ada jangka pendek atau jangka panjang antara dua organisma biologi yang berbeza,

92.

Proton - merupakan sejenis zarah subatomik yang mempunyai cas elektrik a unit asas positif

100.Sitoplasma - bahan-bahan bagaikan agar-agar yang mengisi sel dan yang melarutkan makanan serta menukarkan makanan menjadi tenaga dalam tindak balas kimia.

93. Reaksi endergonik - adalah tindak balas kimia di mana perubahan standard dalam tenaga bebas adalah positif, dan tenaga diserap. Dalam istilah orang awam, jumlah tenaga adalah kerugian (ia mengambil lebih banyak tenaga untuk memulakan tindak balas daripada apa yang anda perolehi) sehingga jumlah tenaga adalah hasil bersih negatif

102

94. Replikasi DNA - proses biologi yang menghasilkan dua replika DNA yang sama dari satu molekul DNA asal

101. Tekanan osmotik - tekanan minimum yang diperlukan dalam sesuatu cecair untuk mengelakkan aliran masuk pelarut tulen di seluruh membran separa telap.

GEN, INOVASI KEHIDUPAN! | YOUNG SCIENTISTS NETWORK MALAYSIA

102. Transkripsi - adalah langkah pertama dari ungkapan gen berasaskan DNA, di mana segmen DNA tertentu disalin ke dalam RNA (terutama mRNA) oleh enzim polimerase RNA. 103. Translasi - adalah proses di mana ribosom dalam sitoplasma atau ER mensintesis protein selepas proses transkripsi DNA ke RNA dalam nukleus sel.

103