5/10/2013

DNA dan RNA


A.      STRUKTUR DNA (deoxyribonucleic acid)
Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (bahasa Inggris: deoxyribonucleic acid), adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di dalam inti sel. Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme (Wikipedia, 2012). DNA terdiri atas dua utas  benang polinukleotida yang saling berpilin membentuk heliks ganda (double helix). Model struktur DNA itu pertama kali dikemukakan oleh James Watson dan Francis Crick pada tahun 1953 di Inggris.
 Seutas polinukleotida pada molekul DNA tersusun atas rangkaian nukleotida. Setiap nukleotida tersusun atas :
v  Gugusan gula deoksiribosa
v  Gugusan  fosfat yang terikat pada atom C nomor 5 dari gula
v  Gugusan basa nitrogen yang terikat pada atom C nomor 1 dari gula
 Gugus tersebut saling terkait dan membentuk “tulang punggung” (back bone) yang sangat panjang bagi heliks ganda. Strukturnya dapat diibaratkan sebagai tangga, dimana ibu tangganya adalah gula deoksiribosa dan anak tangganya adalah susunan basa nitrogen. Fosfat menghubungkan gula pada satu nukleotida ke gula pada nukleotida berikutnya untuk membentuk polinukleotida.
Basa nitrogen penyusun DNA terdiri dari basa purin, yaitu adenin (A) dan guanin (G), serta basa pirimidin yaitu sitosin  (C) dan timin (T). Ikatan antara gula pentosa dan basa nitrogen disebut nukleosida. Ada 4 macam basa nukleosida yaitu :
  1. Ikatan A-gula disebut adenosin deoksiribonukleosida (deoksiadenosin)
  2. Ikatan G-gula disebut guanosin deoksiribonukleosida (deoksiguanosin)
  3. Ikatan C-gula disebut sitidin deoksiribonukleosida (deoksisitidin)
  4. Ikatan T-gula disebut timidin deoksiribonukleosida (deoksitimidin)
Ikatan basa-gula-fosfat disebut sebagai deoksiribonukleotida atau sering disebut nukleotida. Ada 4 macam deoksiribonukleotida, yaitu adenosin deoksiribonukleotida, timidin deoksiribonukleotida, sitidin deoksiribonukleotida, dan timidin deoksiribonukleotida. Nukleotida-nukleotida itu membentuk rangkaian yang disebut polinukleotida. DNA terbentuk dari dua utas polinukleotida yang saling berpilin dan arahnya berlawanan. Basa-basa nitrogen pada utas yang satu memiliki pasangan yang tetap dengan basa-basa nitrogen pada utas yang lain. Adenin berpasangan dengan timin dan guanin berpasangan dengan sitosin. Pasangan basa nitrogen A dan T dihubungkan oleh dua atom hidrogen (A=T). Adapun pasangan basa nitrogen C dan G dihubungkan oleh tiga atom hidrogen (C≡G). Dengan demikian, kedua polinukleotida pada satu DNA saling komplemen
Replikasi DNA
DNA dapat menggandakan diri, membentuk DNA baru yang serupa dangan DNA asalnya. Proses ini disebut replikasi DNA. Ada tiga model replikasi DNA, yaitu sebagai berikut.
a) Model konservatif, yaitu heliks ganda induk tetap dalam keadaan utuh dan membentuk sebuah salinan DNA baru yang serupa.
b) Model semikonservatif, yaitu kedua untai dari molekul induk berpisah dan setiap untai berfungsi sebagai cetakan untuk mensintesis untai komplementer yang baru.
c) Model dispersif, yaitu setiap untai dari kedua molekul anak terdiri atas campuran antara bagian untai lama dan bagian untaian baru yang disintesis secara bersambungan.
 RNA – Ribonukleatid Acid (Asam Ribonukleat)
RNA merupakan singkatan dari Ribonukleatid Acid atau Asam ribonukleat. RNA merupakan substansi genetik yang berperan sebagai perantara dalam proses pengkodean protein dari gen yang terdapat di dalam DNA. Selain itu diketahui pula, bahwa pada beberapa kelompok virus, seperti TMV dan virus influensa, RNA menjadi materi genetik utama, dikarenakan kelompok virus tersebut tidak memiliki DNA sebagai materi genetiknya. Pada golongan virus tersebut, RNA menjadi kmponen utama materi genetik yang berperan dalam mengontrol seluruh aktifitasnya dan menantukan sifat-sifatnnya, RNA yang seperti ini dinamakan sebagai RNA genom.
·            Struktur RNA
Pada dasarnya struktur RNA sangat mirip dengan struktur DNA. RNA juga merupakan suatu polinukleotida, nukleotioda pada RNA juga tersusun dari komponen gula, gugus fosfat, dan basa nitrogen. Basa nitrogen pada RNA juga ada 4 jenis. Namun Gula pentosa pada RNA adalah gula ribose, bukan deoksiribosa sebagaimana DNA. Pada RNA tidak terdapat basa timin, sebagai gantinya terdapat basa urasil, basa ini juga dari golongan pirimidin sebagaimana timin. Dalam sel eukariot, RNA merupakan rantai polinukleotida tunggal, bukan rantai heliks ganda sebagaimana DNA. Terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan dala memahami struktur RNA, antara lain;
  • Gula Ribosa
  • Urasil dan Timin
  • Polinukleotida
Ribosa memiliki struktur sama dengan deoksiribosa, perbedaannya adalah pada atom C-2’ terdapat gugus OH. Pada deoksiribosa oksigen pada gugus OH hilang oleh karena itu disebut deoksiribosa. Komponen dan urutan atom lain dalam gula ribosa ini sama dengan gula deoksiribosa, bahkan tempat perlekatan gugus fosfat dan basa nitrogen pun sama. Struktur urasil juga sangat mirip dengan timin, karena keduanya termasuk basa pirimidin. Perbedaannya bila C-5 pada timin memiliki gugus CH3 maka pada urasil hanya ada satu H. seperti pada sitosin. Tetapi urasil dan timin berbeda dengan sitosin pada N-3. Urasil setelah berikatan dengan gula menjadi nukleosida disebut uridin. Sebagaimana timin uridin hanya dapat berpasangan dengan adenin. Rantai polinukleotida RNA dalam keadaan normal bukan merupakan untaian pita ganda sebagaimana DNA. Tetapi hal ini tidak berarti basa nitrogennya kehilangan sifat untuk selalu berpasangan. Bila pita RNA bertemu dengan pita RNA lain yang urutan basanya cocok maka juga akan membentuk pasangan pita. Bahkan dalam keadaan tertentu rantai RNA ini dapat menekuk dan membentuk pita ganda. Semua RNA asalnya merupakan pita komplemen DNA, melalui suatu proses yang disebut transkripsi tersusunlah urutan nukleotida yang akan menjadi pita RNA. Tulang punggung RNA tersusun atas deretan ribosa dan fosfat. Ribonukleotida RNA terdapat secara bebas dalam nukleoplasma dalam bentuk nukleosida trifosfat, seperti adenosin trifosfat (ATP), guanosin trifosfat (GTP), sistidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP). RNA disintesis oleh DNA di dalam inti sel dengan menggunakan DNA sebagai cetakannya. 
Jenis dan Fungsi RNA
Di dalam sel eukariot terdapat tiga jenis RNA berdasarkan variasi struktur dan fungsinya. Ketiganya adalah mRNA, tRNA dan rRNA. Selain itu di dalam retrovirus, yaitu golongan virus yang tidak memiliki DNA, RNA menjadi materi genetik utamanya yang disebut sebagai RNA Genom.
·           mRNA
mRNA merupakan singkatan dari mesenger RNA. Molekul mRNA merupakan molekul perantara atau duta yang membawa informasi genetik pada DNA ke ribosom. Informasi tersebut “dibaca” dan kemudian “diterjemahkan” dari bahasa bahan genetik yang tersusun dari nuleotida ke bahasa protein yang tersusun dari asam amino. Keberadaan molekul ini dikemukakan pertama kali oleh Crick dkk tahun 1950, tetapi bukti keberadaannya baru ditemukan pada tahun 1956 oleh Elliot Valkin dan Lazarus Astrachan dari Oak Ridge National Laboratory. mRNA pada umumnya tidak berumur panjang. Tetapi pada Mammalia dapat sampai enam jam.
Ada tiga langkah proses pemasakan mRNA, yaitu:
  • Modifikasi kimia pada kedua ujung pita mRNA
  • Penghilangan intron, intron adalah urutan nukleotida yang tidak mengandung informasi genetik.
  • Dalam kasus khusus ada penggantian pada urutan nukleotida tertentu, proses ini dinamakan editing atau penyuntingan.
·           tRNA
tRNA merupakan singkatan dari transfer RNA. tRNA mula-mula dipostulasikan oleh Crick pada tahun 1950, tetapi bukti langsung baru ditemukan pada 1959 oleh Robert Holley. tRNA bertugas membaca urutan nukleotida pada mRNA dan mengalihkannya ke urutan asam amino sehingga dapat tersusun rantai polipeptida berupa protein sesuai seperti yang diharapkan oleh gen.
Molekul ini relatif kecil, kebanyakan sekitar 74 – 95 nukleotida. Setiap jenis tRNA juga ada dalam jumlah yang banyak dalam setiap selnya. Molekul ini akan membawa molekul asam amino ke ribosom, dan di dalam ribosom asam amino-asam amino tersebut akan dirangkai menjadi rantai polipeptida. Walaupun jenis tRNA banyak tetapi hampir semuanya memiliki struktur yang sama, perbedaan terutama pada susunan nuleotidanya. Hampir semua molekul tRNA dapat dilipat untuk membentuk pasangan basa. Pelipatannya tidak hanya di satu tempat melainkan di beberapa tempat sehingga membentuk struktur seperti daun semanggi (clover leaf).
·           rRNA
rRNA merupakan singkatan dari ribosomal RNA. rRNA merupakan bagian dari ribosom. rRNA memiliki peran enzimatik selama proses sintesis protein. Ada tiga jenis rRNA pada prokariota, dan empat jenis pada eukariota. Prokariota: 5S, 16S, dan 23S; Eukariota adalah 5S, 5,8S, 18S, 28S. Pembagian rRNA ini berdasar pada kecepatan sedimentasi pada saat disentrifus, ukurannya adalah Svedberg coefficient (S). Setiap ribosom memiliki satu salinan (copy) molekul rRNA yang berbeda.
Kromosom
Kromosom (bahasa Yunani: chroma, warna; dan soma, badan) merupakan struktur di dalam sel berupa deret panjang molekul yang terdiri dari satu molekul DNA dan berbagai protein terkait yang merupakan informasi genetik suatu organisme. Kromosom yang berada di dalam nukleus sel eukariota, secara khusus disebut kromatin.
Kromosom pertama kali diamati oleh Karl Wilhelm von Nägeli pada 1842 dan ciri-cirinya dijelaskan dengan detail oleh Walther Flemming pada 1882. Sedangkan Prinsip-prinsip klasik genetika merupakan pemikiran deduksi dari Gregor Mendel pada tahun 1865  yang banyak diabaikan orang hingga tahun 1902, Walter Sutton dan Theodor Boveri menemukan kesamaan antara perilaku kromosom saat meiosis dengan hukum Mendel dan menarik kesimpulan bahwa kromosom merupakan pembawa gen.
Struktur kromosom dibedakan atas 2 bagian:
·         Sentromer = bagian kromosom yang menyempit dan berwarna terang.
·         Kinetokor merupakan tonjolan dekat sentromer yang berfungsi untuk melekat pada benang spindel
·         Lengan kromosom merupakan badan yang terbagi oleh sentromer.lengan  kromosom tersusun atas selaput, matriks dan kromonemata.
·         Kromatid merupakan hasil duplikasi dari kromosom
·         Kromonemata pita berbentuk spiral dalam kromosom.
·         Kromomer merupakan bahan protein yang mengendap di dalam kromonemata.
·         Sentromer merupakan kromonemata yang berbentuk lurus
·         Lekukan kedua pangkal dari kromonemata.Fungsi lekukan kedua adalah tempat terbentuknya nukleolus
·         Telomer merupakan bagian dari ujung kromosom yang menghalangi bersambungnyA kromosom yang satu dengan kromosom lain
·         Satelit merupakan tambahan pada ujung kromosom.
Bentuk Kromosom

Berdasarkan letak sentromernya, kromosom dibedakan atas:
·         Metasentrik, Sentromer terletak dibagian median, membagi kromosom menjadi lengan yang sama panjang.
·         Submetasentrik, Sentromer terletak pada submedian, membagi kromosom mjd lengan yg tdk sama panjang
·         Akrosentrik, Sentromer terletak pada subterminal, satu lengan sangat pendek lengan lainnya lebih panjang.
·         Telosentris, Sentromer terletak di ujung kromosom, yang memiliki satu lengan lurus berbentuk batang

Letak Gen Dalam Kromosom
Gen (dari bahasa Belanda : gen) adalah unit pewarisan sifat bagi organisme hidup. Bentuk fisiknya adalah urutan DNA yang menyandi suatu protein, polipeptida, atau seuntai RNA yang memiliki fungsi bagi organisme yang memilikinya.

Setiap gen menempati lokus tertentu yang tetap dalam kromosom.
Lokasi yang diperuntukkan bagi gen dalam kromosom disebut Lokus (kromomer).
Gen-gen yang membawa sifat bagian tubuh yang sama dan lokusnya bersesuaian disebut gen homolog. Lokus tertentu dapat mengandung satu gen atau lebih
Fungsi gen:
Mengatur perkembangan dan proses metabolisme .
Menyampaikan informasi genetika dari suatu generasi ke generasi berikutnya.enuhi kromosom sebagai zarah yang kompak.
Sifat-sifat gen:
·         Mengandung informasi genetik
·         Dapat menduplikasikan diri pada peristiwa pembelahan sel
·         Setiap gen mempunyai tugas dan fungsi tertentu
Gen-gen yang terletak pada lokus yang bersesuaian pada kromosom homolog dinamakan alel. Istilah alel diperkenalkan oleh W. Bateson dan E.R. Saunders pada tahun 1902. Alel berasal dari kata latin allelon yang berarti bentuk lain. Gen terdiri atas sepasang alel yang sejenis atau berlainan.Gen pengendali sifat tertentu biasa diberi simbol dengan huruf pertama dari sifat tersebut. Lambang huruf besar merupakan karakter dominan, sedangkan huruf kecil merupakan karakter resesif. Oleh karena adanya dominan dan resesif, penampakan organisme tidak selalu mengungkapkan komposisi genetiknya. Penampakan  organisme secara fisik disebut fenotip dan dan penyusun genetiknya disebut genotip. Oleh karenanya, pengertian fenotip adalah karakteristik atau ciri yang dapat diukur dan nyata pada suatu individu. Fenotip biasanya dinyatakan dengan kata-kata misalnya mengenai ukuran, warna, bentuk, rasa, dan sebagainya. Sebaliknya, pengertian genotip adalah susunan genetis suatu karakter yang dimiliki oleh suatu individu; biasanya dinyatakan dengan simbol/tanda huruf pertama dari fenotip.
PROSES REPLIKASI, TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI
Dalam dogma sentral kita mengenal yang namanya proses sintesis protein yang melibatkan dua tahap yakni :
Dalam dogma sentral kita mengenal yang namanya proses sintesis protein yang melibatkan dua tahap yakni :
Replikasi
Replikasi DNA adalah proses penggandaan rantai ganda DNA. Pada sel, replikasi DNA terjadi sebelum pembelahan sel. Prokariota terus-menerus melakukan replikasi DNA. Garpu replikasi atau cabang replikasi (replication fork) ialah struktur yang terbentuk ketika DNA bereplikasi. Garpu replikasi ini dibentuk akibat enzim helikase yang memutus ikatan-ikatan hidrogen yang menyatukan kedua untaian DNA, membuat terbukanya untaian ganda tersebut menjadi dua cabang yang masing-masing terdiri dari sebuah untaian tunggal DNA. Masing-masing cabang tersebut menjadi "cetakan" untuk pembentukan dua untaian DNA baru berdasarkan urutan nukleotida komplementernya. DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan memperpanjang oligonukleotida yang dibentuk oleh enzim primase dan disebut primer.
DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan menambahkan nukleotida—dalam hal ini, deoksiribonukleotida—ke ujung 3'-hidroksil bebas nukleotida rantai DNA yang sedang tumbuh. Dengan kata lain, rantai DNA baru disintesis dari arah 5'→3', sedangkan DNA polimerase bergerak pada DNA "induk" dengan arah 3'→5'. Namun demikian, salah satu untaian DNA induk pada garpu replikasi berorientasi 3'→5', sementara untaian lainnya berorientasi 5'→3', dan helikase bergerak membuka untaian rangkap DNA dengan arah 5'→3'. Oleh karena itu, replikasi harus berlangsung pada kedua arah berlawanan tersebut (Wikipedia, 2011).
Transkripsi
Transkripsi berlangsung dalam empat tahap, yaitu pengenalan promoter, inisiasi, elongasi, dan teminasi. Masing-masing akan dijelaskan sebagai berikut :
v  Enzim RNA polimerase mengikat untai DNA cetakan pada suatu daerah yang mempunyai urutan basa tertentu sepanjang 20 hingga 200 basa. Daerah ini dinamakan promoter. Baik pada prokariot maupun eukariot, promoter selalu membawa suatu urutan basa yang tetap atau hampir tetap sehingga urutan ini dikatakan sebagai urutan konsensus. Pada prokariot urutan konsensusnya adalah TATAAT dan disebut kotak Pribnow, sedangkan pada eukariot urutan konsensusnya adalah TATAAAT dan disebut kotak TATA. Urutan konsensus akan menunjukkan kepada RNA polimerase tempat dimulainya sintesis. Kekuatan pengikatan RNA polimerase oleh promoter yang berbeda sangat bervariasi. Hal ini mengakibatkan perbedaan kekuatan ekspresi gen.
v  Setelah mengalami pengikatan oleh promoter, RNA polimerase akan terikat pada suatu tempat di dekat daerah promoter, yang dinamakan tempat awal polimerisasi.  Nukleosida trifosfat pertama akan diletakkan di tempat ini dan sintesis RNA pun segera dimulai.
v  Selama sintesis RNA berlangsung RNA polimerase bergerak di sepanjang molekul DNA cetakan sambil menambahkan nukleotida demi nukleotida kepada untai RNA yang sedang diperpanjang.
v  Molekul RNA yang baru saja selesai disintesis, dan juga enzim RNA polimerase, segera terlepas dari untai DNA cetakan begitu enzim tersebut mencapai urutan basa pengakhir (terminasi). Terminasi dapat terjadi oleh dua macam sebab, yaitu terminasi yang hanya bergantung kepada urutan basa cetakan (disebut terminasi diri) dan terminasi yang memerlukan kehadiran suatu protein khusus (protein rho). Di antara keduanya terminasi diri lebih umum dijumpai. Terminasi diri terjadi pada urutan basa palindrom yang diikuti oleh beberapa adenin (A). Urutan palindrom adalah urutan yang sama jika dibaca dari dua arah yang berlawanan. Oleh karena urutan palindom ini biasanya diselingi oleh beberapa basa tertentu, maka molekul RNA yang dihasilkan akan mempunyai ujung terminasi berbentuk batang dan kala (loop).
 Translasi
Translasi adalah proses penerjemahan kode genetik oleh tRNA ke dalam urutan asam amino. Translasi menjadi tiga tahap (sama seperti pada transkripsi) yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Semua tahapan ini memerlukan faktor-faktor protein yang membantu mRNA, tRNA, dan ribosom selama proses translasi. Inisiasi dan elongasi rantai polipeptida juga membutuhkan sejumlah energi. Energi ini disediakan oleh GTP (guanosin triphosphat), suatu molekul yang mirip dengan ATP.
1.        Inisiasi
Tahap inisiasi terjadi karena adanya tiga komponen yaitu mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom. mRNA yang keluar dari nukleus menuju sitoplasma didatangi oleh ribosom, kemudian mRNA masuk ke dalam “celah” ribosom. Ketika mRNA masuk ke ribosom, ribosom “membaca” kodon yang masuk. Pembacaan dilakukan untuk setiap 3 urutan basa hingga selesai seluruhnya. Sebagai catatan ribosom yang datang untuk mebaca kodon biasanya tidak hanya satu, melainkan beberapa ribosom yang dikenal sebagai polisom membentuk rangkaian mirip tusuk satu, di mana tusuknya adalah “mRNA” dan daging adalah “ribosomnya”. Dengan demikian, proses pembacaan kodon dapat berlangsung secara berurutan. Ketika kodon I terbaca ribosom (misal kodonnya AUG), tRNA yang membawa antikodon UAC dan asam amino metionin datang. tRNA masuk ke celah ribosom. Ribosom di sini berfungsi untuk memudahkan perlekatan yang spesifik antara antikodon tRNA dengan kodon mRNA selama sintesis protein. Sub unit ribosom dibangun oleh protein-protein dan molekul-molekul RNA ribosomal.
2.        Elongasi
Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin). Ribosom terus bergeser agar mRNA lebih masuk, guna membaca kodon II. Misalnya kodon II UCA, yang segera diterjemahkan oleh tRNA berarti kodon AGU sambil membawa asam amino serine. Di dalam ribosom, metionin yang pertama kali masuk dirangkaikan dengan serine membentuk dipeptida. Ribosom terus bergeser, membaca kodon III. Misalkan kodon III GAG, segera diterjemahkan oleh antikodon CUC sambil membawa asam amino glisin. tRNA tersebut masuk ke ribosom. Asam amino glisin dirangkaikan dengan dipeptida yang telah terbentuk sehingga membentuk tripeptida. Demikian seterusnya proses pembacaan kode genetika itu berlangsung di dalam ribobom, yang diterjemahkan ke dalam bentuk asam amino guna dirangkai menjadi polipeptida. Kodon mRNA pada ribosom membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon molekul tRNA yang baru masuk yang membawa asam amino yang tepat. Molekul mRNA yang telah melepaskan asam amino akan kembali ke sitoplasma untuk mengulangi kembali pengangkutan asam amino. Molekul rRNA dari sub unit ribosom besar berfungsi sebagai enzim, yaitu mengkatalisis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba.
3.        Terminasi
Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga kodon stop mencapai ribosom. Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sinyal untuk menghentikan translasi. Polipeptida yang dibentuk kemudian “diproses” menjadi protein.


0 komentar:

Poskan Komentar