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.
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
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 :
- Ikatan
A-gula disebut adenosin deoksiribonukleosida (deoksiadenosin)
- Ikatan G-gula disebut guanosin
deoksiribonukleosida (deoksiguanosin)
- Ikatan C-gula disebut sitidin
deoksiribonukleosida (deoksisitidin)
- 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
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:
Posting Komentar