ASAM NUKLEAT

Asam nukleat (bahasa Inggris: nucleic acid) adalah makromolekul biokimia yang kompleks, berbobot molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang mengandung informasi genetik. Asam nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) and Asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus.

Asam nukleat dinamai demikian karena keberadaan umumnya di dalam inti (nukleus) sel. Asam nukleat merupakan biopolimer, dan monomer penyusunnya adalah nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu sebuah basa nitrogen heterosiklik (purin atau pirimidin), sebuah gula pentosa, dan sebuah gugus fosfat. Jenis asam nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada rantai asam nukleat tersebut (misalnya, DNA atau asam deoksiribonukleat mengandung 2-deoksiribosa). Selain itu, basa nitrogen yang ditemukan pada kedua jenis asam nukleat tersebut memiliki perbedaan: adenina, sitosina, dan guanina dapat ditemukan pada RNA maupun DNA, sedangkan timina dapat ditemukan hanya pada DNA dan urasil dapat ditemukan hanya pada RNA.

Struktur Molekul

Asam nukleat merupakan salah satu makromolekul yang memegang peranan sangat penting dalam kehidupan organisme karena di dalamnya tersimpan informasi genetik. Asam nukleat sering dinamakan juga polinukleotida karena tersusun dari sejumlah molekul nukleotida sebagai monomernya. Tiap nukleotida mempunyai struktur yang terdiri atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen atau basa nukleotida (basa N).

Ada dua macam asam nukleat, yaitu asam deoksiribonukleat atau deoxyribonucleic acid (DNA) dan asam ribonukleat atau ribonucleic acid (RNA). Dilihat dari strukturnya, perbedaan di antara kedua macam asam nukleat ini terutama terletak pada komponen gula pentosanya. Pada RNA gula pentosanya adalah ribosa, sedangkan pada DNA gula pentosanya mengalami kehilangan satu atom O pada posisi C nomor 2’ sehingga dinamakan gula 2’-deoksiribosa (Gambar 2.1.b).

Perbedaan struktur lainnya antara DNA dan RNA adalah pada basa N-nya. Basa N, baik pada DNA maupun pada RNA, mempunyai struktur berupa cincin aromatik heterosiklik (mengandung C dan N) dan dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu purin dan pirimidin. Basa purin mempunyai dua buah cincin (bisiklik), sedangkan basa pirimidin hanya mempunyai satu cincin (monosiklik). Pada DNA, dan juga RNA, purin terdiri atas adenin (A) dan guanin (G). Akan tetapi, untuk pirimidin ada perbedaan antara DNA dan RNA. Kalau pada DNA basa pirimidin terdiri atas sitosin (C) dan timin (T), pada RNA tidak ada timin dan sebagai gantinya terdapat urasil (U). Timin berbeda dengan urasil hanya karena adanya gugus metil pada posisi nomor 5 sehingga timin dapat juga dikatakan sebagai 5-metilurasil.

Komponen-komponen asam nukleat

a)      gugus fosfat  b)      gula pentosa   c)      basa N

Di antara ketiga komponen monomer asam nukleat tersebut di atas, hanya basa N-lah yang memungkinkan terjadinya variasi. Pada kenyataannya memang urutan (sekuens) basa N pada suatu molekul asam nukleat merupakan penentu bagi spesifisitasnya. Dengan perkataan lain, identifikasi asam nukleat dilakukan berdasarkan atas urutan basa N-nya sehingga secara skema kita bisa menggambarkan suatu molekul asam nukleat hanya dengan menuliskan urutan basanya saja.

Nukleosida dan nukleotida

Penomoran posisi atom C pada cincin gula dilakukan menggunakan tanda aksen (1’, 2’, dan seterusnya), sekedar untuk membedakannya dengan penomoran posisi pada cincin basa. Posisi 1’ pada gula akan berikatan dengan posisi 9 (N-9) pada basa purin atau posisi 1 (N-1) pada basa pirimidin melalui ikatan glikosidik atau glikosilik (Gambar 2.2).  Kompleks gula-basa ini dinamakan nukleosida.

Di atas telah disinggung bahwa asam nukleat tersusun dari monomer-monomer berupa nukleotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa, dan sebuah basa N. Dengan demikian, setiap nukleotida pada asam nukleat dapat dilihat sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pengertian nukleotida secara umum sebenarnya adalah nukleosida dengan sebuah atau lebih gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul ATP (adenosin trifosfat) adalah nukleotida yang merupakan nukleosida dengan tiga gugus fosfat.

Jika gula pentosanya adalah ribosa seperti halnya pada RNA, maka nukleosidanya dapat berupa adenosin, guanosin, sitidin, dan uridin. Begitu pula, nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu adenosin monofosfat, guanosin monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin monofosfat. Sementara itu, jika gula pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya pada DNA, maka (2’-deoksiribo)nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin, deoksiguanosin, deoksisitidin, dan deoksitimidin.

Ikatan fosfodiester

Selain ikatan glikosidik yang menghubungkan gula pentosa dengan basa N, pada asam nukleat terdapat pula ikatan kovalen melalui gugus fosfat yang menghubungkan antara gugus hidroksil (OH) pada posisi 5’ gula pentosa dan gugus hidroksil pada posisi 3’ gula pentosa nukleotida berikutnya. Ikatan ini dinamakan ikatan fosfodiester karena secara kimia gugus fosfat berada dalam bentuk diester.  

Oleh karena ikatan fosfodiester menghubungkan gula pada suatu nukleotida dengan gula pada nukleotida berikutnya, maka ikatan ini sekaligus menghubungkan kedua nukleotida yang berurutan tersebut. Dengan demikian, akan terbentuk suatu rantai polinukleotida yang masing-masing nukleotidanya satu sama lain dihubungkan oleh ikatan fosfodiester.

Kecuali yang berbentuk sirkuler, seperti halnya pada kromosom dan plasmid bakteri, rantai polinukleotida memiliki dua ujung. Salah satu ujungnya berupa gugus fosfat yang terikat pada posisi 5’ gula pentosa. Oleh karena itu, ujung ini dinamakan ujung P atau ujung 5’.  Ujung yang lainnya berupa gugus hidroksil yang terikat pada posisi 3’ gula pentosa sehingga ujung ini dinamakan ujung OH atau ujung 3’. Adanya ujung-ujung tersebut menjadikan rantai polinukleotida linier mempunyai arah tertentu.

Pada pH netral adanya gugus fosfat akan menyebabkan asam nukleat bermuatan negatif. Inilah alasan pemberian nama ’asam’ kepada molekul polinukleotida meskipun di dalamnya juga terdapat banyak basa N. Kenyataannya, asam nukleat memang merupakan anion asam kuat atau merupakan polimer yang sangat bermuatan negatif.

Sekuens asam nukleat

Telah dikatakan di atas bahwa urutan basa N akan menentukan spesifisitas suatu molekul asam nukleat sehingga biasanya kita menggambarkan suatu molekul asam nukleat cukup dengan menuliskan urutan basa (sekuens)-nya saja. Selanjutnya, dalam penulisan sekuens asam nukleat ada kebiasaan untuk menempatkan ujung 5’ di sebelah kiri atau ujung 3’ di sebelah kanan. Sebagai contoh, suatu sekuens DNA dapat dituliskan 5’-ATGACCTGAAAC-3’ atau suatu sekuens RNA dituliskan 5’-GGUCUGAAUG-3’.

Jadi, spesifisitas suatu asam nukleat selain ditentukan oleh sekuens basanya, juga harus dilihat dari arah pembacaannya. Dua asam nukleat yang memiliki sekuens sama tidak berarti keduanya sama jika pembacaan sekuens tersebut dilakukan dari arah yang berlawanan (yang satu 5’→ 3’, sedangkan yang lain 3’→ 5’).  

Struktur tangga berpilin (double helix) DNA

Dua orang ilmuwan, J.D.Watson dan F.H.C.Crick, mengajukan model struktur molekul DNA yang hingga kini sangat diyakini kebenarannya dan dijadikan dasar dalam berbagai teknik yang berkaitan dengan manipulasi DNA. Model tersebut dikenal sebagai tangga berplilin (double helix). Secara alami DNA pada umumnya mempunyai struktur molekul tangga berpilin ini.

Model tangga berpilin menggambarkan struktur molekul DNA sebagai dua rantai polinukleotida yang saling memilin membentuk spiral dengan arah pilinan ke kanan.  Fosfat dan gula pada masing-masing rantai menghadap ke arah luar sumbu pilinan, sedangkan basa N menghadap ke arah dalam sumbu pilinan dengan susunan yang sangat khas sebagai pasangan – pasangan basa antara kedua rantai. Dalam hal ini, basa A pada satu rantai akan berpasangan dengan basa T pada rantai lainnya, sedangkan basa G berpasangan dengan basa C. Pasangan-pasangan basa ini dihubungkan oleh ikatan hidrogen yang lemah (nonkovalen). Basa A dan T dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap dua, sedangkan basa G dan C dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap tiga. Adanya ikatan hidrogen tersebut menjadikan kedua rantai polinukleotida terikat satu sama lain dan saling komplementer. Artinya, begitu sekuens basa pada salah satu rantai diketahui, maka sekuens pada rantai yang lainnya dapat ditentukan.

Oleh karena basa bisiklik selalu berpasangan dengan basa monosiklik, maka jarak antara kedua rantai polinukleotida di sepanjang molekul DNA akan selalu tetap. Dengan perkataan lain, kedua rantai tersebut sejajar. Akan tetapi, jika rantai yang satu dibaca dari arah 5’ ke 3’, maka rantai pasangannya dibaca dari arah 3’ ke 5’. Jadi, kedua rantai tersebut sejajar tetapi berlawanan arah (antiparalel).

arak antara dua pasangan basa yang berurutan adalah 0,34 nm. Sementara itu, di dalam setiap putaran spiral terdapat 10 pasangan basa sehingga jarak antara dua basa yang tegak lurus di dalam masing-masing rantai menjadi 3,4 nm. Namun, kondisi semacam ini hanya dijumpai apabila DNA berada dalam medium larutan fisiologis dengan kadar garam rendah seperti halnya yang terdapat di dalam protoplasma sel hidup. DNA semacam ini dikatakan berada dalam bentuk B atau bentuk yang sesuai dengan model asli Watson-Crick. Bentuk yang lain, misalnya bentuk A, akan dijumpai jika DNA berada dalam medium dengan kadar garam tinggi. Pada bentuk A terdapat 11 pasangan basa dalam setiap putaran spiral. Selain itu, ada pula bentuk Z, yaitu bentuk molekul DNA yang mempunyai arah pilinan spiral ke kiri. Bermacam-macam bentuk DNA ini sifatnya fleksibel, artinya dapat berubah dari yang satu ke yang lain bergantung kepada kondisi lingkungannya.

Modifikasi struktur molekul RNA

Tidak seperti DNA, molekul RNA pada umumnya berupa untai tunggal sehingga tidak memiliki struktur tangga berpilin. Namun, modifikasi struktur juga terjadi akibat terbentuknya ikatan hidrogen di dalam untai tunggal itu sendiri (intramolekuler).

Dengan adanya modifikasi struktur molekul RNA, kita mengenal tiga macam RNA, yaitu RNA duta atau messenger RNA (mRNA), RNA pemindah atau transfer RNA (tRNA), dan RNA ribosomal (rRNA). Struktur mRNA dikatakan sebagai struktur primer, sedangkan struktur tRNA dan rRNA dikatakan sebagai struktur sekunder. Perbedaan di antara ketiga struktur molekul RNA tersebut berkaitan dengan perbedaan fungsinya masing-masing.

Sifat-sifat Fisika-Kimia Asam Nukleat

Di bawah ini akan dibicarakan sekilas beberapa sifat fisika-kimia asam nukleat. Sifat-sifat tersebut adalah stabilitas asam nukleat, pengaruh asam, pengaruh alkali, denaturasi kimia, viskositas, dan kerapatan apung.

Stabilitas asam nukleat

Ketika kita melihat struktur tangga berpilin molekul DNA atau pun struktur sekunder RNA, sepintas akan nampak bahwa struktur tersebut menjadi stabil akibat adanya ikatan hidrogen di antara basa-basa yang berpasangan. Padahal, sebenarnya tidaklah demikian. Ikatan hidrogen di antara pasangan-pasangan basa hanya akan sama kuatnya dengan ikatan hidrogen antara basa dan molekul air apabila DNA berada dalam bentuk rantai tunggal. Jadi, ikatan hidrogen jelas tidak berpengaruh terhadap stabilitas struktur asam nukleat, tetapi sekedar menentukan spesifitas perpasangan basa. 

  Penentu stabilitas struktur asam nukleat terletak pada interaksi penempatan (stacking interactions) antara pasangan-pasangan basa. Permukaan basa yang bersifat hidrofobik menyebabkan molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela perpasangan basa sehingga perpasangan tersebut menjadi kuat. 

Pengaruh asam

Di dalam asam pekat dan suhu tinggi, misalnya HClO₄ dengan suhu lebih dari 100ºC, asam nukleat akan mengalami hidrolisis sempurna menjadi komponen-komponennya. Namun, di dalam asam mineral yang lebih encer, hanya ikatan glikosidik antara gula dan basa purin saja yang putus sehingga asam nukleat dikatakan bersifat apurinik.

Pengaruh alkali

Pengaruh alkali terhadap asam nukleat mengakibatkan terjadinya perubahan status tautomerik basa. Sebagai contoh, peningkatan pH akan menyebabkan perubahan struktur guanin dari bentuk keto menjadi bentuk enolat karena molekul tersebut kehilangan sebuah proton. Selanjutnya, perubahan ini akan menyebabkan terputusnya sejumlah ikatan hidrogen sehingga pada akhirnya rantai ganda DNA mengalami denaturasi. Hal yang sama terjadi pula pada RNA. Bahkan pada pH netral sekalipun, RNA jauh lebih rentan terhadap hidrolisis bila dibadingkan dengan DNA karena adanya gugus OH pada atom C nomor 2 di dalam gula ribosanya.

Denaturasi kimia

Sejumlah bahan kimia diketahui dapat menyebabkan denaturasi asam nukleat pada pH netral. Contoh yang paling dikenal adalah urea (CO(NH₂)₂) dan formamid (COHNH₂). Pada konsentrasi yang relatif tinggi, senyawa-senyawa tersebut dapat merusak ikatan hidrogen. Artinya, stabilitas struktur sekunder asam nukleat menjadi berkurang dan rantai ganda mengalami denaturasi.

Viskositas

DNA kromosom dikatakan mempunyai nisbah aksial yang sangat tinggi karena diameternya hanya sekitar 2 nm, tetapi panjangnya dapat mencapai beberapa sentimeter. Dengan demikian, DNA tersebut berbentuk tipis memanjang. Selain itu, DNA merupakan molekul yang relatif kaku sehingga larutan DNA akan mempunyai viskositas yang tinggi. Karena sifatnya itulah molekul DNA menjadi sangat rentan terhadap fragmentasi fisik. Hal ini menimbulkan masalah tersendiri ketika kita hendak melakukan isolasi DNA yang utuh.

Kerapatan apung

Analisis dan pemurnian DNA dapat dilakukan sesuai dengan kerapatan apung (bouyant density)-nya. Di dalam larutan yang mengandung garam pekat dengan berat molekul tinggi, misalnya sesium klorid (CsCl) 8M, DNA mempunyai kerapatan yang sama dengan larutan tersebut, yakni sekitar 1,7 g/cm³.  Jika larutan ini disentrifugasi dengan kecepatan yang sangat tinggi, maka garam CsCl yang pekat akan bermigrasi ke dasar tabung dengan membentuk gradien kerapatan. Begitu juga, sampel DNA akan bermigrasi menuju posisi gradien yang sesuai dengan kerapatannya. Teknik ini dikenal sebagai sentrifugasi seimbang dalam tingkat kerapatan (equilibrium density gradient centrifugation) atau sentrifugasi isopiknik.

Oleh karena dengan teknik sentrifugasi tersebut pelet RNA akan berada di dasar tabung dan protein akan mengapung, maka DNA dapat dimurnikan baik dari RNA maupun dari protein. Selain itu, teknik tersebut juga berguna untuk keperluan analisis DNA karena kerapatan apung DNA (ρ) merupakan fungsi linier bagi kandungan GC-nya.  Dalam hal ini,  ρ = 1,66 + 0,098% (G + C).

Sifat-sifat Spektroskopik-Termal Asam Nukleat

Sifat spektroskopik-termal asam nukleat meliputi kemampuan absorpsi sinar UV, hipokromisitas, penghitungan konsentrasi asam nukleat, penentuan kemurnian DNA, serta denaturasi termal dan renaturasi asam nukleat. Masing-masing akan dibicarakan sekilas berikut ini.

Absorpsi UV

Asam nukleat dapat mengabsorpsi sinar UV karena adanya basa nitrogen yang bersifat aromatik; fosfat dan gula tidak memberikan kontribusi dalam absorpsi UV. Panjang gelombang untuk absorpsi maksimum baik oleh DNA maupun RNA adalah  260 nm atau dikatakan λ_maks = 260 nm. Nilai ini jelas sangat berbeda dengan nilai untuk protein yang mempunyai λ_maks = 280 nm.  Sifat-sifat absorpsi asam nukleat dapat digunakan untuk deteksi, kuantifikasi, dan perkiraan kemurniannya.

Hipokromisitas

Meskipun λ_maks untuk DNA dan RNA konstan, ternyata ada perbedaan nilai yang bergantung kepada lingkungan di sekitar basa berada. Dalam hal ini, absorbansi pada λ 260 nm (A₂₆₀) memperlihatkan variasi di antara basa-basa pada kondisi yang berbeda. Nilai tertinggi terlihat pada nukleotida yang diisolasi, nilai sedang diperoleh pada molekul DNA rantai tunggal (ssDNA) atau RNA, dan nilai terendah dijumpai pada DNA rantai ganda (dsDNA). Efek ini disebabkan oleh pengikatan basa di dalam lingkungan hidrofobik. Istilah klasik untuk menyatakan perbedaan nilai absorbansi tersebut adalah hipokromisitas. Molekul dsDNA dikatakan relatif hipokromik (kurang berwarna) bila dibandingkan dengan ssDNA. Sebaliknya, ssDNA dikatakan hiperkromik terhadap dsDNA.

Penghitungan konsentrasi asam nukleat

Konsentrasi DNA dihitung atas dasar nilai A₂₆₀-nya. Molekul dsDNA dengan konsentrasi 1mg/ml mempunyai A₂₆₀ sebesar 20, sedangkan konsentrasi yang sama untuk molekul ssDNA atau RNA mempunyai A₂₆₀ lebih kurang sebesar 25. Nilai A₂₆₀ untuk ssDNA dan RNA hanya merupakan perkiraan karena kandungan basa purin dan pirimidin pada kedua molekul tersebut tidak selalu sama, dan nilai A₂₆₀  purin tidak sama dengan nilai A₂₆₀ pirimidin. Pada dsDNA, yang selalu mempunyai kandungan purin dan pirimidin sama, nilai A₂₆₀ -nya sudah pasti.

Kemurnian asam nukleat

Tingkat kemurnian asam nukleat dapat diestimasi melalui penentuan nisbah A₂₆₀ terhadap A₂₈₀. Molekul dsDNA murni mempunyai nisbah  A₂₆₀ /A₂₈₀ sebesar 1,8. Sementara itu, RNA murni mempunyai nisbah  A₂₆₀ /A₂₈₀  sekitar 2,0.  Protein, dengan λ_maks = 280 nm, tentu saja mempunyai nisbah A₂₆₀ /A₂₈₀  kurang dari 1,0.  Oleh karena itu, suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai A₂₆₀ /A₂₈₀ lebih dari 1,8 dikatakan terkontaminasi oleh RNA. Sebaliknya, suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai A₂₆₀ /A₂₈₀  kurang dari 1,8 dikatakan terkontaminasi oleh protein.

Denaturasi termal dan renaturasi

Di atas telah disinggung bahwa beberapa senyawa kimia tertentu dapat menyebabkan terjadinya denaturasi asam nukleat. Ternyata, panas juga dapat menyebabkan denaturasi asam nukleat. Proses denaturasi ini dapat diikuti melalui pengamatan nilai absorbansi yang meningkat karena molekul rantai ganda (pada dsDNA dan sebagian daerah pada RNA) akan berubah menjadi molekul rantai tunggal.

Denaturasi termal pada DNA dan RNA ternyata sangat berbeda. Pada RNA denaturasi berlangsung perlahan dan bersifat acak karena bagian rantai ganda yang pendek akan terdenaturasi lebih dahulu daripada bagian rantai ganda yang panjang. Tidaklah demikian halnya pada DNA. Denaturasi terjadi sangat cepat dan bersifat koperatif karena denaturasi pada kedua ujung molekul dan pada daerah kaya AT akan mendestabilisasi daerah-daerah di sekitarnya.

Suhu ketika molekul asam nukleat mulai mengalami denaturasi dinamakan titik leleh atau melting temperature (T_m). Nilai T_m merupakan fungsi kandungan GC sampel DNA, dan berkisar dari 80 ºC hingga 100ºC untuk molekul-molekul DNA yang panjang.

DNA yang mengalami denaturasi termal dapat dipulihkan (direnaturasi) dengan cara didinginkan. Laju pendinginan berpengaruh terhadap hasil renaturasi yang diperoleh. Pendinginan yang berlangsung cepat hanya memungkinkan renaturasi pada beberapa bagian/daerah tertentu. Sebaliknya, pendinginan yang dilakukan perlahan-lahan dapat mengembalikan seluruh molekul DNA ke bentuk rantai ganda seperti semula. Renaturasi yang terjadi antara daerah komplementer dari dua rantai asam nukleat yang berbeda dinamakan hibridisasi.

Superkoiling DNA

Banyak molekul dsDNA berada dalam bentuk sirkuler tertutup atau closed-circular (CC), misalnya DNA plasmid dan kromosom bakteri serta DNA berbagai virus. Artinya, kedua rantai membentuk lingkaran dan satu sama lain dihubungkan sesuai dengan banyaknya putaran heliks (Lk) di dalam molekul DNA tersebut.

Sejumlah sifat muncul dari kondisi sirkuler DNA. Cara yang baik untuk membayangkannya adalah menganggap struktur tangga berpilin DNA seperti gelang karet dengan suatu garis yang ditarik di sepanjang gelang tersebut. Jika kita membayangkan suatu pilinan pada gelang, maka deformasi yang terbentuk akan terkunci ke dalam sistem pilinan tersebut. Deformasi inilah yang disebut sebagai superkoiling.

Interkalator

Geometri suatu molekul yang mengalami superkoiling dapat berubah akibat beberapa faktor yang mempengaruhi pilinan internalnya. Sebagai contoh, peningkatan suhu dapat menurunkan jumlah pilinan, atau sebaliknya, peningkatan kekuatan ionik dapat menambah jumlah pilinan. Salah satu faktor yang penting adalah keberadaan interkalator seperti etidium bromid (EtBr). Molekul ini merupakan senyawa aromatik polisiklik bermuatan positif yang menyisip di antara pasangan-pasangan basa. Dengan adanya EtBr molekul DNA dapat divisualisasikan menggunakan paparan sinar UV.

Lalat Buah

Lalat buah  termasuk ordo ditera family Tephritidae yaitu terdiri dari  sekitar 4000 sp, terbagi dalam 500 genera (genus) Famili ini merupakan family  terbesar dalam ordo dipteral dan merupakan salah satu family yang sangat penting karena sangat merugikan (Soeroto et al, 1995).

Menurun Pracaya (1999), Tephritidiae berasal dari bahasa yunani kuno tripetes yang artinya gurdi. jara atau bor, disebut demikian karena adanya ovipositor pada lalat betina. Lalat ini juga disebut lalat Asia, tersebar dari Pakistan, India, Asia Tenggara, Taiwan, Australia Utara sampai tersebar ke California. Selama ini identifikasi, lalat buah yang terdapat di Asia-Pasifik sebagai Dacus spp. Namun menurut klasifikasi terakhir yang dilakukan oleh Drew (1994), menunjukan bahwa lalat buah yang banyak terdapat di Indonesia adalah Bactrocera spp.

Perbedaan Prinsip antara Bactrocera dengan Dacus adalah sebagai berikut : Dacus berasal dari Afrika, dan bagian abdomennya bersatu (tergit/segmen/ruas tidak terpisah).  sedangkan Bactrocera berasal dari Asia- pasifik, hanya beberapa spesies yang ditemukan di Afrika, bagian abdomennya tidak bersatu (tergit/segmen/ruas terpisah). Umumnya Bactrocera spp.di dalam buah-buahan tropis dan subtropis (Soeroto et al, 1995).

Di lndonesia lalat buah sebagai hama telah diketahui sejak tahun1920 dan dilaporkan pada tanaman mangga di Jawa. Pada tahun 1938 dilaporkan bahwa lalat buah telah menyerang lombok (cabai), kopi, pisang, jambu, cengkeh, belimbing dan sawo (Soeroto et al, 1995 ). Sampai-saat ini telah teridentifikasi lebih dari 66 spesies lalat buah (Asastro, 1992).

Menurut Pusat Karantina Pertanian(1983), di Indonesia terdapat. beberapa spesies lalat Buah yang telah diketahui tanaman inangnya yaitu 1)Bactrocera dorsalis H. menyerang lebih dari 20 jenis buah-buahan, diantaranya pisang belimbing, mangga jeruk, jambu, pisang susu, pisang raja dan cabai merah. 2) B. Cucurbitaceae C. menyerang mentimun ,melon serta tanaman dan, famili Cucurbitaceae. 3) B. umbrosa F. menyerang nangka dan cempedak dan 4) B. caudate F. menyerang beberapa tanaman famiry cucurbitaceae.

Menurut Putra (1997) lalat buah mengalamiperubahan bentuk tubuh atau metamorphosis secara sempurna (Holometabola) yaitu mulai stadia telur, larva, pupa dan imago dalam satu siklus hidupnya. Telur lalat buah berbentuk bulat panjang, warnanya putih, ukurannya 1-2 mm dan lebarnya 0,2 mm serta jumlah telur sekitar 15 butir. Telur diletakkan.secara berkelompok 2-15 butir. Lalat buah biasanya meletakan telur 1-40 butir/hari. Satu ekor betina B. dorsalis dapat menghasilkan telur 1200-1500Butir.

Lalat buah betina pada saat oviposisi mencari buah yang sesuai untuk meletakan telur dengan bantuan indera penciuman dan penglihatan. Dalam keadaan lingkungan yang baik, setelah 2 hari telur yang diletakkan di dalam buah akan menetas menjadi larva (Soeroto et al, 1995).

Larva lalat buah bewarna putih berbentuk bulat panjang 5-10mm, dengan ekor runcing vang hidup di dalam daging buah. Lawa mengalami ganti sebanyak tiga kali, larva hidup di dalam buah 6-10 hari setelah telur (Djatmiadi dar' Djatmika, 2001). Kepala larva lalat buah runcing dengan dua bintik hitam yang jelas merupakan alat kait mulut, mempunyai tiga ruas thoraks, delapan ruas abdomen. Larva instar ketiga berkembang maksimum dengan ukuran 7 mm yang akan membuat lubang untuk meloncat dan melenting dari buah, masuk kedalam tanah dan menjadi pupa di dalam tanah (Soeroto et al,1995).

Pupa berbentuk silindris, panjangrya 4,8-5 mm, lebar 1,6-1,9 mm. Puparium awalnya bewarna putih kemudian berubah menjadi kekuning- kuningan dan akhirnya menjadi coklat kemerahan. Pupa berada dibawah permukaan tanah sekitar 2-3 cm, setelah 6-13 hari pupa menjadi lalat atau imago (Djatmiadi dan Djatmika, 2001).

Imago berukuran rata-rata panjang 0,7 cm dan lebar 0,3 cm. Thorax bewarna orange, merah kecoklatan, coklat atau kehitaman. Biasanya B. dorsalis kompleks terdapat dua garis membujur dan sepasang sayap transparan . Pada ujung abdomen lalat betina lebih runcing dan mempunyai alat peletak telur (ovipositor) yang cukup kuat untuk menembus kulit buah, sedangkan lalat jantan abdomennya lebih bulat (Soeroto et al, 1995).

Lalat mempunyai dua pasang sayap dan sayap yang berkembang adalah sayap bagian depan . Sayap belakang mengecil dan berubah bentuk menjadi alat keseimbang yang disebut halter. Pada permukaannya terdapat bulu  halus yang berfungsi sebagai indra penerima ransangan dari lingkungan terutama kekuatan aliran udara ( Putra, 1997). Lalat termasuk serangga yang kuat terbang, lalat jantan mampu terbang 6,4-24 km, jarak tersebut dipengaruhi oleh kecepatan dan arah angin (Soeroto et al, T995).

Kelansungan hidup lalat buah sangat di pengaruhi temperatur, cahaya, makanan dan musuh alami. Kelembaban ,relatife sangat berpengaruh terhadap keperidian lalat buah betina dan meningkatkan mortalitas imago yang baru keluar dari pupa. Kelembaban relatif yang terlalu tinggi (95-100%) sering mengurangi laju peletakan telur, suhu berpengaruh pada perkembangan lalat buah dan perilaku makan (Bateman, 1972). Lingkungan dengan 25-300C merupakan kondisi yang baik untuk perkembangabiak (Nawangsih et aL,2002).

Proses pemilihan inang oleh lalat briah terjadi melalui indera penglihatan (visual), penciuman, perasa dan peraba. Lalat buah mendeteksi senyawa-senyawa sekunder yang khas dan zat makanan dalam inang (Bateman, 1972). Lalat buah memiliki indera penciuman, sehingga dapat mengenali bau tiap-tiap buah melalui aroma atau ekstraksi-ekstraksi ester dan asam organic yang mengundang lalat buah betina untuk datang dan bertelur ( Kalie, 1992). Bila buah menjelang masak bewarna kuning maka mulai lalat betina mengenali inangnya untuk bertelur (Soeroto et al, 1995).  Ditambahkan oleh Setiadi (1995), lalat tidak hanya menyerang buah tua saja, tapi juga menyelang daun muda.

Setelah lalat menemukan inangnya, alat peletak telur (ovipositor), yang berada diruas belakang abdomen ditusukkan menembus kedalam buah dan membuat semacam rongga. Noda-noda kecil bekas tusukan ovipositor ini merupakan gejala serangan awal lalat buah, akibaf dari gangguan larva, dan kemudian bercak tersebut berkembang menjadi bercak coklat di sekitar titik tersebut (Soeroto et al, 1995). Luka berupa titik apabila di belah, daging buah membusuk dan ada belatung yang merupakan larva lalat buah (Suryanto 1994).

Lalat buah dapat dikendalikan dengan berbagai cara seperti pembungkusan, sanitasi lingkungan, penggunaan perangkap dan antraktan (pemikat), penggunaan tanaman perangkap, eradikasi dan perlakuan pasca panen (Soeroto et al, 1995).

EKOSISTEM

Suatu komunitas berkembang secara bertahap dari komunitas pioner yang sederhana sampai komunitas klimaks yang seimbang. Pada proses perkembangan komunitas terjadi pergantian beberapa spesies oleh spesies lainnya dalam kurun waktu tertentu agar tercapai pertumbuhan yang stabil, peristiwa ini disebut suksesi. Komunitas terakhir dan stabil yang mencapai keseimbangan dengan lingkungannya disebut komunitas klimaks.

Menurut macamnya suksesi dibedakan menjadi suksesi primer dan suksesi sekunder.

 

a.  Suksesi primer terjadi bila kerusakan pada komunitas mengakibatkan komunitas awal lenyap total dan terbentuk komunitas baru yang berbeda dengan sebelumnya. Contohnya suksesi yang terjadi setelah Gunung Krakatau meletus pada tahun 1883.

b. Suksesi sekunder terjadi bila komunitas alami hanya rusak sebagian dan masih meninggalkan sisa kehidupan sebelumnya, kemudian berkembang menjadi komunitas klimaks seperti awalnya. Contohnya suksesi areal hutan setelah penebangan hutan, kebakaran hutan, dan penebangan hutan secara liar.

Hubungan antara komunitas dengan lingkungannya akan membentuk suatu ekosistem. Ekosistem adalah suatu sistem ekologi yang terbentuk oleh hubungan timbal balik antara makhluk hidup dengan lingkungannya. Ekosistem bisa dikatakan juga suatu tatanan kesatuan secara utuh dan menyeluruh antara segenap unsur lingkungan hidup yang saling mempengaruhi. Beberapa tipe ekosistem yang terdapat di permukaan bumi antara lain ekosistem darat, ekosistem perairan dan ekosistem buatan. Tipe ekosistem ini ditentukan oleh faktor biotik tertentu yang berada pada lingkungan abiotik tertentu.

 

1)    Kelompok ekosistem perairan (akuatik)

Ekosistem perairan terdiri dari ekosistem air tawar dan ekosistem laut. Ekosistem air tawar contohnya meliputi kolam, sungai, danau, rawa, rawa gambut. Sedangkan, ekosistem laut misalnya hutan bakau, rawa payau, estuari, pantai berpasir, pantai berbatu, laut dangkal dan laut dalam.

Berdasarkan cara hidup organisme pada ekosistem perairan dibedakan menjadi lima, antara lain sebagai berikut.

a.    Bentos, yaitu organisme yang hidupnya merangkak di dasar perairan, misalnya ketam dan cacing air.

b.  Nekton, yaitu organisme yang hidupnya bebas berenang secara aktif bergerak kesana kemari, misalnya ikan.

c.    Neuston, yaitu organisme yang hidupnya di permukaan perairan, misalnya eceng gondok, kiambang, dan laba-laba air.

d.    Plankton, yaitu organisme yang hidupnya melayang-layang mengikuti arus air bergantung intensitas cahaya, misalnya alga.

e. Perifiton, yaitu organisme yang hidupnya menempel pada benda-benda yang ada di lingkungan air, misalnya lumut dan alga.

a.      Ekosistem air tawar

Ekosistem air tawar umumnya memiliki ciri-ciri sebagai berikut.

1. Salinitas (kadar garam) rendah, umumnya lebih rendah daripada kadar garam plasma sel organisme yang hidup di dalamnya. 
2. Kondisi lingkungannya dipengaruhi oleh iklim dan cuaca. 
3. Variasi suhu antara permukaan dan dasar sangat rendah, relatif sama. 
4. Penetrasi cahaya di perairan kurang.

 Secara fisik dan biologi, ekosistem airntawar merupakan perantara ekosistem darat dan ekosistem laut. Organisme laut yang pindah ke lingkungan air tawar, ada yang beradaptasi terhadap lingkungan payau, yaitu di muara sungai, ada yang sepanjang hidupnya pulang balik dari laut ke air tawar, ada pula yang menyesuaikan diri hidup diantara air tawar dan darat, yaitu pada daerah tepi sungai, kolam, dan tempat lembab.

Berdasarkan intensitas cahaya yang diterimanya ekosistem air tawar dikelompokkan menjadi litoral, limnetik, dan profundal.

Berdasarkan aliran airnya, ekosistem dibedakan menjadi ekosistem lotik yang airnya mengalir, misalnya sungai. Dan ekosistem lentik yang airnya tidak mengalir misalnya, danau dan kolam.

Adaptasi organisme yang hidup di air tawar untuk mengatasinkadar garam yang lebih rendah adalah dengan mengeluarkan banyak urin, sedikit minum karena air diabsorbsi lewat kulit secara osmosis, dan garam mineral diabsorbsi melalui insang.

b.     Ekositem laut

Ekosistem air laut memiliki ciri-ciri umum sebagai berikut. 

1. Memiliki salinitas tinggi, semakin mendekati khatulistiwa semakin tinggi. 
2. NaCl mendominasi mineral ekosistem laut hingga mencapai 75% 
3. Iklim dan cuaca tidak terlalu berpengaruh pada ekosistem laut. 
4. Memiliki variasi perbedaan suhu di permukaan dengan dikedalaman.

Laut merupakan wilayah yang sangat luas, lebih kurang dua pertiga dari permukaan bumi. Wilayah ekosistem laut sangat terbuka sehingga pengaruh cahaya matahari sangat besar. Daya tembus cahaya matahari ke laut terbatas, sehingga ekosistem laut terbagi menjadi dua daerah, yaitu daerah laut yang masih dapat ditembus cahaya matahari, disebut daerah fotik, daerah laut yang gelap gulita, disebut daerah afotik. Diantara keduanya terdapat daerah remangremang cahaya yang disebut daerah disfotik.

Berdasarkan jarak dari pantai dan kedalamannya ekosistem laut dibedakan menjadi zona litoral, neritik, dan oseanik. Secara vertikal kedalaman dibedakan menjadi: epipelagik, mesopelagik, batio pelagik, abisal pelagik, dan hadal pelagik.

1)     Zona litoral (kelompok ekosistem pantai)

Ada beberapa macam zona litoral, antara lain sebagai berikut.

1. Ekosistem estuaria, yaitu terdapat pada wilayah pertemuan antara sungai dan laut. Ciri estuari adalah berair payau dan vegetasi di dominasi oleh tumbuhan bakau. Berdasarkan salinitasnya estuaria dibedakan menjadi oligohalin yang berkadar garam rendah (0.5-3%), mesohalin berkadar garam sedang (3-17%), dan polihalin berkadar garam tinggi di atas 17%.
2. Ekosistem pantai pasir, merupakan zona litoral yang terkena deburan ombak terus-menerus dan terpaan cahaya matahari selama 12 jam. Vegetasinya membentuk formasi prescaprae dan formasi baringtonia, sebagai suatu unit vegetasi yang terbentuk karena habitatnya dan diberi nama sesuai dengan nama vegetasi yang mendominasi. Pada formasi prescaprae didominasi oleh vegetasi Ipomoea pescaprae, tumbuhan lain yang hidup disini ialah Vigna, Spinifex littorius (rumput angin), Crinum asiaticum (bakung) dan Euphorbia atoto. Formasi baringtonia didominasi oleh vegetasi Borringtonia. Tumbuhan lain yang ada antara lain adalah Callophyllum, Hernandia, Hibiscus tiliaceus, Terminalia dan Erythrina. Hewan pada ekosistem pantai pasir kebanyakan hidup di dalam pasir, misalnya kepiting kecil. 
3. Ekosistem pantai batu, merupakan daerah pantai yang memiliki air jernih dan berbatu. Daerah ini banyak dihuni hewan coelenterata, moluska, krustase dan tumbuhannya adalah algabersel tunggal, alga h ijau, dan alga merah.

 2)     Zona laut dangkal (Neritik)

Neritik, yaitu zona yang masih dapat ditembus cahaya mataharimsampai ke dasarnya. Di daerah ini plankton, nekton dan bentos dapatnhidup dengan baik. Contoh zona laut dangkal adalah ekosistem terumbu karang. Ekosistem terumbu karang hanya dapat tumbuh di dasar perairan yang jernih. Terumbu karang terbentuk dari kerangka Coelenterata. Organisme yang ada dari Alga, Porifera, Coelenterata, berbagai jenis ikan dan udang.

3)     Zona oseanik

Merupakan wilayah ekosistem laut lepas yang kedalamannya tidak dapat ditembus cahaya matahari sampai ke dasar, sehingga bagian dasarnya paling gelap. Akibatnya bagian air dipermukaan tidak dapat bercampur dengan air dibawahnya, karena ada perbedaan suhu. Batas dari kedua lapisan air itu disebut daerah Termoklin, daerah ini banyak ikannya.

2)    Ekosistem darat (Terrestrial)

Ekosistem darat yang memiliki tipe struktur vegetasi dominan dalam skala luas disebut bioma. Penyebaran bioma dipengaruhi oleh iklim, letak geografis, garis lintang dan ketinggian letak dari permukaan laut. Berdasarkan posisi geografis, iklim, garis lintang dan ketinggian letak dari permukaan laut bioma dibedakan antara lain sebagai berikut.

a.      Bioma gurun

Bioma yang terletak dibelahan bumi sekitar 20°-30° lintang utara dan lintang selatan atau di daerah tropika yang berbatasan dengan bioma padang rumput. Ciri-ciri bioma gurun antara lain sebagai berikut: Curah hujan rendah, yaitu 25 cm per tahun., Pancaran matahari sangat terik, penguapan tinggi, dan suhu siang hari dapat mencapai 40°C pada musim panas, Perbedaan suhu siang dan malam hari sangat besar.

Vegetasi di daerah gurun di dominasi oleh tanaman kaktus, sukulen, dan berbagai belukar akasia yang berduri. Hewan yang menghuni daerah gurun. Umumnya adalah serangga, hewan pengerat, ulat dan kadal. Contoh bioma gurun adalah Gurun Sahara di Afrika, Gurun Gobi di Asia, Gurun Anzo Borrega di Amerika.

b.     Bioma padang rumput

 

Bioma padang rumput terbentang dari daerah tropika sampai ke sub tropika. Ciri-ciri bioma padang rumput antara lain sebagai berikut. 1) Curah hujan 25 - 50 cm per tahun dan hujan turun tidak teratur.. 2) Vegetasi yang mendominasi adalah rerumputan. Rumput yang hidup di bioma padang rumput yang relatif basah. Ukurannya bisa mencapai tiga meter, misalnya rumput Bluestem dan Indian Grasses. Rumput yang tumbuh di bioma padang rumput kering, ukurannya pendek-pendek, misalnya rumput Grana dan Buffalo Grasses. 3) Hewannya adalah bison, Zebra, kanguru, singa, harimau, anjing liar, ular, rodentia, belalang dan burung.

Contoh bioma padang rumput antara lain Amerika Utara, Rusia, Afrika Selatan, Asia dan Indonesia (Sumbawa).

c.   Bioma hutan gugur

Pada umumnya terdapat di sekitar wilayah subtropik yang mengalami pergantian musim panas dan dingin. Hutan gugur juga terdapat diberbagai pegunungan di daerah tropis. Ciri-ciri bioma hutan gugur adalah sebagai berikut.

1. Curah hujan sedang, yaitu 75 -150 cm per tahun. 
2. Mengalami 4 musim, yaitu musim panas, musim  gugur, musim dingin dan musim semi. 
3. Tumbuhannya mempunyai menggugurkan daunnya pada musim gugur. 
4. Vegetasinya adalah pohon Maple, Oak, Beech, dan Elm. 
5. Hewan yang menghuni pada umumnya adalah Rusa, Beruang, Raccon, Rubah, Bajing, dan Burung Pelatuk.

 Contoh bioma hutan gugur adalahKanada, Amerika, Eropa dan Asia.

d.     Hutan hujan tropis

Bioma ini terdapat di wilayah khatulistiwa dengan temperatur yang tinggi sekitar 25°C. Ciri-ciri hutan hujan tropis antara lain sebagai berikut.

1.  Curah hujan bioma hutan hujan tropis cukup tinggi, yatu sekitar 200-225 cm per tahun.
2.  Tumbuhannya tinggi dan rimbun membentuk tudung  yang menyebabkan dasar hutan menjadi gelap dan basah.
3.  Tumbuhan khas, ialah liana dan epifit. Contoh liana adalah rotan sedangkan epifit adalah anggrek.
4.  Vegetasinya didominasi oleh tumbuhan yang aktif melakukan fotosintesis, misalnya jati, meranti, konifer, dan keruing.
5. Hewannya didominasi oleh aneka kera, babi hutan, burung, kucing hutan, bajing dan harimau.

 Contoh bioma hutan hujan tropisnya adalah hutan di Indonesia, Malaysia, Filipina, Papua, dan Brasil.

 

e.      Bioma taiga

Bioma ini terdapat di wilayah utara hutan gugur subtropis dan pegunungan tropis. Ciri-ciri bioma taiga adalah sebagai berikut.

1. Curah hujan sekitar 35 cm per tahun
2. Bioma yang biasanya hanya terdiri dari satu spesies pohon, yaitu konifer (pinus).
3. Masa pertumbuhan flora pada musim panas  antara 3 sampai 6 bulan.
4. Suhu di musim dingin sangat rendah, dan mengalami musim dingin yang panjang.
5. Vegetasinya Sprice (Picca), Alder (Alaus), Birch (Berula) dan Junipce (Juniperus).
6. Hewannya antara lain moose, beruang hitam, serigala dan morten. Contoh bioma taiga terdapat di Amerika Utara dan dataran tinggi diberbagai wilayah.

f.        Bioma tundra

Bioma ini terdapat di belahan bumi utara di dalam lingkaran kutub utara yang disebut Tundra artik dan di puncak gunung disebut Tundra alpin. Ciri-ciri bioma tundra adalah sebagai berikut.

Curah hujan sekitar 10 cm per tahun.

Iklimnya iklim kutub dengan musim dingin yang panjang dan gelap serta musim panas yang panjang dan terang terus menerus.

Tidak ada pohon yang tinggi, kalaupun ada terlihat tebal seperti semak.

Tumbuhan semusim biasanya berbunga dengan warna yang mencolok dalam masa pertumbuhan yang pendek.

Vegetasinya Spaghnum, lumut kerak, dan perdu

6Hewannya Muskox, rusa kutub, kelinci, serigala, rusa dan domba.

3. Ekosistem buatan

Ekosistem buatan merupakan ekosistem yang diciptakan manusia untuk memenuhi kebutuhannya.

a.      Bendungan

Suatu ekosistem buatan yang berupa bangunan penahanbatau penimbun air untuk berbagai keperluan, misalnya irigasi, pembangkit listrik.

b.     Hutan tanaman industri

Hutan yang sengaja ditanami dengan jenis tanaman industri. Jenis tanaman yang umum ditanam adalah jati, pinus, mahoni, rasamala, dan damar.

c.      Agroekosistem

Suatu ekosistem buatan berupa ekosistem pertanian, misalnya sawah irigasi, sawah tadah hujan, sawah surjan, sawah rawa, sawah pasang surut, perkebunan (teh, kopi kelapa sawit, dan karet), kolam tambak, ladang, dan pekarangan.