DNA dan RNA

Read Also

DNA merupakan polimer linier panjang yang terdiri dari nukleotida. Nukleotida terdiri atas tiga komponen yaitu:

a.       Molekul gula (pentosa=deoksiribosa)

b.       Basa

c.       Gugus fosfat.

Komponen basanya berupa basa purin (adenin = A, guanin = G) dan basa pirimidin (cytosin = C, timin = T). Tulang punggung (backbone) molekul DNA terdiri atas gugus fosfat dan gula yang letaknya bergantian dan terdapat satu basa yang melekat pada molekul gula. Monomer nukleotida mempunyai gugus hidroksil pada posisi karbon 3’, gugus fosfat pada posisi karbon 5’ dan basa pada posisi karbon 1’ molekul gula.

            Dalam kromosom DNA berbentuk untai (heliks) ganda yang mempunyai orientasi antiparalel (arah 5’ – 3’ berlawanan). Untai ganda tersebut terdiri atas dua untai gula fosfat dan pasangan basa yang terletak diantara kedua untai. Urutan basa pada untai DNA tidak identik, tetapi komplemen yaitu basa purin berpasangan dengan basa pirimidin (cytosin berpasangan dengan guanin C-G dengan ikatan hidrogen rangkap tiga, timin berpasangan dengan adenin T-A dengan ikatan hidrogen rangkap dua).

RNA merupakan polimer linier yang terdiri dari nukleotida. Perbedaannya dengan DNA adalah molekul gula pada RNA adalah ribosa dan basanya adalah adenin, guanin, cytosin dan urasil. Pada umumnya molekul RNA berbentuk untai tunggal.

1.      Replikasi

Replikasi adalah pengandaan diri DNA jadi dua. Karena dalam inti eukariot DNA adalah berutas ganda sehingga setelah replikasi terbentuk dua pasang DNA yang masing-masing berutas ganda juga. Replikasi terjadi pada tahap persiapan untuk bermitosis.

            Replikasi dimulai pada kromosom bakteri pada titik yang disebut dengan titik pangkal (ORI=Origin Replication). Kedua utas DNA memisah pada titik pangkal tersebut membentuk struktur berbentuk Y, titik persimpangannya disebut dengan titik tumbuh. Replikasi bergerak berurutan dari titik tumbuh dengan arah 5’® 3’, (lihat Gambar 1).

            Sintesis DNA bersifat tidak sinambung artinya utasan-utasan direplikasi dalam bentuk segmen-segmen kecil yang disebut dengan fragmen Okazaki dengan arah 5’® 3’. Fragmen-fragmen ini kemudian digabungkan menjadi satu oleh enzim DNA ligase.

            Replikasi DNA membutuhkan suatu pancing atau pemula (“primer”), karena DNA polimerase hanya bisa memperpanjang (polimerisasi) tapi tidak bisa memulai, oleh karena itu harus ada sepotong pendek RNA yang disintesis oleh RNA polimerase dan komplementer terhadap DNA yang memulai replikasi. Dengan adanya pemula ini DNA polimerase dapat mulai mensintesis deoksiribonukleotide, seterusnya pemula (“primer”) akan lepas. Sekali pancingan mengena DNA polimerase lalu mencerna RNA tersebut dan mengantikan dengan DNA. Berpartisipasinya RNA sebagai pancing tampaknya ekstensif karena setiap fragmen Okazaki juga mengandung sebagian RNA sebagai pancing.

TraskripsiTranskripsi adalah suatu proses di mana informasi genetika yang terdapat pada DNA dicopykan kepada mRNA. Proses ini terjadi di dalam nukleus sel dan dikatalisis oleh enzim RNA polimerase. RNA polimerase pada bakteri terdiri atas dua subunit a dan dua sub unit b. RNA polimerase bersama-sama dengan faktor sigma (s) disebut dengan haloenzim, berjalan sepanjang molekul DNA untuk menentukan lokasi awal traskripsi. Fungsi faktor s adalah membantu RNA polimerase untuk mengenali suatu urutan tertentu pada molekul  DNA yang menandai tempat awal transkripsi (awal suatu gen) yang dikenal sebagi promotor, yang terbagi menjadi daerah promotor –10, daerah promotor –35 dan daerah promotor –43 dihitung mundur dari daerah inisiasi. Daerah promotor –10 dan –35 adalah daerah yang kaya akan pasangan adenin-timin (A-T), karena ikatan hidrogen disini lemah (hanya 2 ikatan hidrogen), maka pembukaan untai ganda DNA lebih mudah. RNA polimerase bersama-sama faktor s  mengikat daerah promotor dengan kuat dan memisahkan untai ganda DNA agar inisiasi transkripsi dapat terjadi. Pada DNA terdapat  strand yang ditranskripsikan disebut dengan sense strand, sedangkan yang tidak ditanskripsikan disebut anti-sense strand. Setelah transkripsi dimulai, faktor s terlepas dari RNA polimerase (RNA polimerase tanpa faktor s disebut dengan core enzyme) dan transkripsi berlangsung terus sampai mencapai suatu daerah pada akhir gen yang disebut terminator (mRNA terminal membentuk stem loop). Urutan terminator menandai tempat akhir transkripsi (akhir suatu gen). Terminator biasanya adalah urutan nukleotida yang membentuk pasangan basa adenin dan urasil (A-U) yang lemah ikatannya (hanya 2 ikatan hidrogen) sehingga RNA polimerase dapat lepas beserta RNAnya. Setiap organisme mempunyai sinyal transkripsi (promotor dan terminator) yang spesifik.

Gen organisme prokariot bersifat kontinyu artinya seluruh nukleotida menspesifikasikan asam amino. Sedangkan gen organisme eukariot bersifat tidak kontintu artinya tidak seluruh urutan nukleotida menspesifikasikan asam amino. Bagian gen yang menspesifikasikan asam amino disebut ekson, sedangkan yang tidak menspesifikasikan asam amino disebut intron. Ekson dan intron letaknya bergantian. Hasil transkripsi gen organisme prokariot dapat langsung di translasi menjadi protein, sedangan gen organisme eukariot harus melakukan proses splicing untuk menghilangkan intron, agar berfungsi sebagai mRNA yang kemudian ditranslasi menjadi protein.

3.      Translasi

Translasi ialah suatu proses di mana informasi urutan triplet basa nitrogen pada mRNA (codon) dipakai untuk menentukan asam amino pada suatu protein yang akan dibentuk. Proses translasi berlangsung pada ribosom. Ujung mRNA yang telah masuk ke sitoplasma akan terikat dengan ribosom eukariot unit kecil (40S), yang kemudian mengikat ribosom unit besar (60S), sedangkan pada ribosom prokariot unit kecil (30S) dan unit besar (50S). Terdapat tiga situs pada ribosom unit besar yaitu situs A (acil)/membawa satu asam amino, situs P (peptidyl) dan situs E (exit). Setelah inisiasi translasi, codon pertama contohnya UUA (mRNA) dibaca oleh komplementer anti-codonnya yaitu AAU pada tRNA1, yang tRNAnya mengangkut asam amino leusin masuk pada situs P (peptidyl), kemudian codon kedua yaitu CCC (mRNA) dibaca oleh komplementer anti-codonnya yaitu GGG (tRNA2) yang mengangkut asam amino prolin masuk pada situs A (acil), kemudian oleh enzim RNA katalitik terjadi ikatan peptida antara leusin dan prolin. Codon pertama setelah terjadi ikatan peptida akan keluar disebut dengan situs E (exit). Proses ini berlangsung terus menerus sampai mencapai suatu codon yang tidak dikenali oleh anti-codon yang dibawa oleh tRNA, hal tersebut memberikan sinyal bahwa proses translasi telah berhenti. Kedua sub unit ribosom akan berdisosiasi dan polipeptida dibebaskan dari tRNA.

            Gen dapat berubah atau bermutasi menjadi bentuk lain, sehingga berakibat memerintahkan pembentukkan suatu protein berubah atau baru dari kekhasan selnya. Mutasi dapat menimbulkan ciri genetik yang baru atau menyebabkan genotif berubah. Suatu organisme yang memperlihatkan efek suatu mutasi dinamakan mutan. Beberapa tipe utama mutan adalah sebagai berikut:

1.       Mutan yang memperlihatkan toleransi yang meningkat terhadap unsur-unsur penghambat, terutama antobiotika

2.       Mutan yang menunjukkan kemampuan fermentasi yang berubah atau meningkatnya atau berkurangnya kapasitas untuk menghasilkan produk akhir.

3.       Mutan yang mempunyai defisiensi akan nutrisi, yakni membutuhkan medium yang lebih komplek untuk tumbuhnyan daripada biakan aslinya.

4.       Mutan yang memperlihatkan perubahan dalam bentuk koloni atau kemampuan untuk menghasilkan pigmen.

5.       Mutan yang memperlihatkan perubahan pada strutur permukaan dan komposisi sel (mutan antegenik).

6.       Mutan yang resisten terhadap aksi bakteriofage.

7.       Mutan yang memperlihatkan beberapa perubahan pada ciri-ciri morfologis, misalnya hilang kemampuan untuk menghasilkan spora, kapsul dan flagel.

Mutasi terjadi pada bakteri sebagai akibat kekeliruan pada replikasi DNA. Mutasi dapat dibedakan menjadi mutasi spontan yang terjadi di alam, dan mutasi dibuat oleh manusia yang mengunakan agen-agen muntagen untuk meningkatkan laju mutasi.

Mutasi juga dapat dibedakan karena akibat penghilangan pasangan basa menjadi mutasi mikro yaitu basa pirimidin (cytosin-timin) yang terganti dengan basa purin (adenin-guanin), dan mutasi makro yaitu basa pirimidin yang terganti dengan basa pirimidin yang lain.

1. Mutasi Spontan

Mutasi spontan adalah perubahan yang terjadi selama pertumbuhan normal. Skala waktu untuk laju mutasi tidak dinyatakan dalam satuan jam atau hari melainkan generasi (evolusi).

2. Mutasi Buatan

Mutasi buatan dapat dibedakan menjadi:

(1)   Mutasi misens

Mutasi misens (salah arti) terjadi karena subtitusi asam amino yang lain ke dalam polipeptida. Contohnya apabila selama replikasi DNA triplet GAA (leusin) karena kesalahan harus direplikasi sebagai GTA (histidin) sehingga pada sintesis protein selanjutnya leusin akan digantikan oleh histidin.

(2)   Mutasi pergeseran kerangka

Mutasi pergeseran kerangka terjadi karena penyisipan atau pengurangan satu basa. Hal tersebut kelihatannya tidak akan menyebabkan perubahan besar dalam komposisi protein yang dihasilkan padahal akan mengubah semuanya. Contohnya:            DNA : AAC  GAA  CGC  TGA

            RNA : UUG  CUU  GCG  ACU

Pengurangan A pertama pada DNA mengeser kerangka “bacaan” sebagai berikut:

                        DNA  : ACG  AAC  GCT   GA

            RNA  :  UGC  UUG  CGA  CU

Pengurangan tersebut merubah asam amino yang  dihasilkan yaitu dari leusin-histidin-alanin-treonin ke sistein-leusin-arginin-leusin. Bila pengurangan semacam ini diganti dengan penyisipan basa baru yang sangat mirip dengan basa yang dikurangkan, maka jelas akan terjadi polipeptida yang sama sekali baru.

(3) Mutasi nonsens

Mutasi nonsens adalah mutasi yang terjadi karena terbentuknya codon penghentian sintesis rantai polipeptida sehingga menyebabkan pelepasan polipeptida yang tidak lengkap. Codon penghentian tersebut adalah bara (UAG), koer (UAA) dan opal (UGA).

3. Kecepatan Mutasi

Kecepatan mutasi umumnya didefinisikan sebagai angka rata-rata mutasi per sel, per generasi atau per divisi. Dari definisi tersebut, secara asensiil data yang dicatat adalah: 1) jumlah/angka mutasi yang muncul, 2) jumlah generasi yang terjadi mutasi dan 3) jumlah tara-rata bakteri yang muncul dalam interval waktu tertentu.

Secara umum perhitungan kecepatan mutasi dalam kondisis ideal  perlu memenuhi kondisi sebagai berikut:

1.      Harus digunakan populasi yang besar agar reliabilitynya tinggi sehingga estimasi lebih tepat sebab memungkinkan pengamanan kecepatan mutasi yang lebih baik.

2.      Kecepatan yang tidak signifikan terhadap back mutation atau suatu perkiraan yang tepat terhadap back mutation tersebut.

3.      Mutan dan tipe parental harus muncul bersama-sama pada lingkungan dimana mutasi itu terjadi dan peneliti dapat mendeteksi setiap munculnya sel mutan.