0 Penjelasan DNA, RNA, Sintetis Protein dan Kode Genetika

Hampir semua produk perdagangan disertai barcode (kode garis), untuk menyampaikan informasi tentang harga, nama produk, hingga jumlah stok.

Manusia juga mempunyai ”barcode”, pada manusia barcode itu berupa profil DNA. Profil DNA dapat diperoleh melalui tes profil DNA. Tes ini dapat digunakan untuk mengungkap suatu misteri misalnya peristiwa pembunuhan. Jika di tempat kejadian perkara (TKP) ditemukan sel, seperti sel darah, ahli forensik akan melakukan tes profil DNA. Hasil inilah yang akan dicocokkan dengan tersangka. Jika barcode ini cocok dengan milik tersangka, dia tidak bisa mengelak lagi.

Komponen terkecil penyusun makhluk hidup disebut sel. Setiap sel memiliki nukleus yang mengandung kromosom. Setiap makhluk hidup memiliki jumlah kromosom tertentu. Dalam kromosom ditemukan DNA yang berperan penting dalam menentukan sifat genetik setiap individu. Sifat genetik itu dapat diwariskan kepada generasi berikutnya. Oleh karena setiap individu memiliki DNA yang khas, maka DNA dapat digunakan untuk identifikasi makhluk hidup.

Substansi dasar nukleus terdiri atas nukleoprotein yang dibangun oleh senyawa protein dan asam nukleat. Ada dua jenis asam nukleat yang berkaitan dengan hereditas, yaitu DNA dan RNA. Keduanya bertanggung jawab terhadap sintesis protein serta mengontrol sifat-sifat keturunan.

 

1. DNA (Deoxyribonucleic Acid = Asam Deoksiribo Nukleat)

DNA memiliki beberapa fungsi di antaranya membawa informasi genetik, membentuk RNA, dan mengontrol aktivitas sel baik secara langsung maupun tidak langsung. DNA juga berperan penting dalam proses sintesis protein.

Rumus Bangun Deoksiribosa dan Fosfat

a. Struktur DNA

Molekul DNA pertama kali diisolasi oleh F. Miescher pada tahun 1869 dari sel spermatozoa. Ia tidak dapat mengenali sifat zat kimia tersebut secara pasti, kemudian menyebutnya sebagai nuklein. Nuklein ini berupa senyawa kompleks yang mengandung unsur fosfor sangat tinggi. Nuklein selanjutnya dikenal sebagai gabungan asam nukleat dan protein sehingga sering disebut nukleoprotein. 

Dalam kedua jenis asam nukleat ini (DNA dan RNA) terdapat dua basa nitrogen yaitu purin dan pirimidin. Keduanya ditemukan oleh Fischer pada tahun 1880. 

Rumus bangun purin

Pada penelitian selanjutnya, Kossel menemukan dua jenis pirimidin, yaitu sitosin dan timin serta dua jenis purin, yaitu adenin dan guanin. Selain basa purin dan pirimidin, dalam asam nukleat Levine (1910) mengenali gula berkarbon lima, yaitu ribosa dan deoksiribosa. Ia juga menyatakan adanya asam fosfat dalam asam nukleat.

W.T. Atsbury merupakan orang pertama yang mengemukakan gagasan tentang struktur tiga dimensi DNA. Ia menyimpulkan bahwa DNA sangat padat, polinukleotida penyusunnya berupa timbunan nukleosida pipih yang teratur tegak lurus terhadap sumbu memanjang. Apakah nukleotida dan nukleosida itu? Uraian berikut akan membahas kedua hal tersebut. 

Rumus bangun pirimidin

James Watson dan Francis Crick (1953) mengemukakan suatu model struktur DNA yaitu double helix (tangga berpilin). Menurut mereka, DNA memiliki struktur sebagai berikut.

1) Gula dan fosfat sebagai rantai atau tangga utama.

2) Basa nitrogen sebagai anak tangga dengan pasangan tetap, yaitu:

a) guanin dengan sitosin (dihubungkan oleh tiga atom H),

b) timin dan adenin (dihubungkan oleh dua atom H).

Berdasarkan hasil penelitian Watson dan Crick dapat disimpulkan bahwa DNA terdiri atas gula pentosa (deoksiribosa), fosfat (PO4–), dan basa nitrogen yaitu purin meliputi guanin (G) dan adenin (A) serta pirimidin yang meliputi timin (T) dan sitosin (C = Cytosin). 

Struktur DNA

Rangkaian kimia antara deoksiribosa dengan purin dan pirimidin disebut nukleosida (deoksiribonukleosida). Nukleosida tersebut akan berikatan dengan fosfat membentuk nukleotida (deoksiribonukleotida). Gabungan dari nukleotidanukleotida akan membentuk suatu DNA. Jadi, molekul DNA merupakan polimer panjang dari nukleotida yang dinamakan polinukleotida. Perhatikan Gambar di samping.

DNA dapat menentukan sifat genetik suatu individu karena setiap makhluk hidup mempunyai urutan pasangan basa yang spesifik dan berbeda dengan yang lain. Perbedaan urutan pasangan basa antarindividu dapat dilihat pada saat sequence (proses pengurutan basa) dalam analisis DNA. DNA dapat berfungsi sebagai heterokatalitik (mensintesis molekul lain seperti RNA) dan otokatalitik (replikasi diri). Berikut ini Anda akan mempelajari fungsi DNA sebagai otokatalitik.

b. Replikasi DNA

Replikasi DNA akan menghasilkan DNA baru. Ada tiga hipotesis yang menjelaskan terjadinya replikasi DNA. Hipotesis pertama menyatakan bahwa bentuk double helix DNA yang lama tetap dan langsung menghasilkan double helix yang baru disebut konservatif.

Hipotesis kedua menyatakan double helix akan terputus-putus, selanjutnya segmen-segmen tersebut akan membentuk segmen-segmen baru yang bergabung dengan segmen lama membentuk DNA baru. Hipotesis ini disebut dispersif. Hipotesis ketiga menyatakan dua pita spiral dari double helix memisahkan diri dan setiap pita tunggal mencetak pita pasangannya disebut semikonservatif. 

Teori replikasi DNA oleh Watson dan Crick menyatakan bahwa proses replikasi terjadi secara semikonservatif. Hipotesis ini mendapat dukungan kuat dari M.S. Meselson dan F.W. Stahl. Mereka menggunakan bakteri Escherichia coli sebagai organisme percobaan. 

Replikasi DNA menurut Meselson dan Stahl

E. coli dapat hidup pada garam anorganik jika dalam garam tersebut terdapat sumber atom nitrogen untuk pembuatan protein dan asam nukleat. Meselson dan Stahl memakai ion amonium (NH4+) dalam penelitiannya. 

Meskipun isotop nitrogen yang paling lazim 14N, tetapi mereka menggunakan ion amonium yang mengandung isotop nitrogen yang lebih berat, yaitu 15N. Perhatikan Gambar disamping.

Pertama-tama Meselson dan Stahl memelihara E. coli selama beberapa generasi dalam media yang mengandung 15NH4+. 

Pada akhir periode ini, mereka menemukan DNA sel lebih berat dari normal. Selanjutnya, mereka memindahkan sel-sel itu ke media yang mengandung ion amonium normal (14NH4+) dan membiarkan sel tersebut hanya sekali membelah diri. DNA pada generasi baru ini memiliki berat di antara berat DNA normal dari DNA generasi sebelumnya. Hal ini menggambarkan bahwa pengaruh dari atom nitrogen dalam DNA baru yaitu 14N dan separuh 15N. 

Namun, apabila bakteri itu dibiarkan membelah diri lagi dalam ion amonium normal (14NH4+) maka terbentuklah dua jenis DNA dengan berat yang berbeda. Separuh dari DNA mempunyai berat normal dan separuh DNA lainnya mempunyai berat di tengah-tengah. Hal tersebut membuktikan bahwa molekul DNA tidak mengalami pemecahan dan penyusunan kembali di antara pembelahan sel-sel, tetapi tiap pita induk tidak mengalami perubahan saat ia membentuk pita komplementer. Berdasarkan uraian di atas maka hipotesis yang paling tepat yaitu hipotesis semikonservatif.

Selain memerlukan deoksiribonukleotida, dalam proses replikasi DNA juga memerlukan beberapa enzim berikut.

1) Helikase, enzim ini berfungsi menghidrolisis rantai ganda polinukleotida menjadi dua rantai tunggal polinukleotida.

2) Polimerase, berfungsi merangkai rantai-rantai mononukleotida membentuk DNA baru.

3) Ligase, berfungsi menyambung nukleotida ulir tunggal DNA yang baru terbentuk.

Fungsi DNA sebagai heterokatalitik yaitu mensintesis molekul lain seperti RNA. RNA merupakan hasil transkripsi DNA. Sel prokariotik dan eukariotik mengandung asam inti yang disebut asam ribonukleat (RNA).

2. RNA (Ribonucleic Acid = Asam Ribonukleat)

truktur RNA

RNA tersusun seperti DNA, yaitu molekul-molekul gula D-ribosa, gugus fosfat, tetapi basa nitrogennya terdiri atas basa purin (meliputi adenin (A) dan guanin (G)) serta pirimidin (meliputi urasil (U) dan sitosin (C)). Perhatikan disamping

a. Struktur RNA

Berbeda dengan DNA yang memiliki rantai ganda, RNA hanya memiliki rantai tunggal. Setiap pita RNA merupakan polinukleotida dari RNA.

b. Tipe-Tipe RNA

Berbeda halnya dengan DNA yang terletak dalam nukleus, RNA banyak terdapat dalam sitoplasma terutama ribosom walaupun ada pula beberapa di antaranya dalam nukleus. Dalam sitoplasma, kadar RNA berubah-ubah. Hal ini dipengaruhi oleh aktivitas sintetis protein. 

Ketika suatu protein akan disintetis, kandungan RNA dalam sel meningkat begitu pula sebaliknya. RNA memiliki komponen gula berupa D-ribosa (pentosa). RNA juga memiliki basa nitrogen yang serupa dengan DNA, hanya saja basa timin pada pirimidin diganti dengan urasil.

RNA mempunyai tiga tipe berikut.

1) rRNA (ribosom RNA)

rRNA yaitu RNA yang terdapat dalam sitoplasma tepatnya di ribosom dan berfungsi mengatur dalam proses sintesis protein. rRNA dapat mencapai 80% dari jumlah RNA sel. Molekul rRNA berupa pita tunggal tidak bercabang dan fleksibel.

2) mRNA (messenger RNA)

mRNA dibentuk dalam nukleus, merupakan RNA terbesar dan terpanjang. mRNA berfungsi membawa kode genetik dari DNA ke ribosom. mRNA sering disebut kodon karena urutan basa N penyusunnya merupakan kode genetik untuk sintesis protein. mRNA dicetak oleh DNA dalam inti, kemudian dikirim ke ribosom. Sintesis mRNA dicetak oleh DNA saat diperlukan saja dan tidak terus-menerus dicetak melainkan tergantung pada macam protein yang akan disintesis dalam sitoplasma.

3) tRNA (transfer RNA) 

tRNA merupakan RNA yang terdapat dalam sitoplasma dengan rantai terpendek yang bertugas menerjemahkan kodon dari mRNA. rRNA berfungsi mengangkut asam amino ke tempat sintesis protein, yaitu ribosom melalui penerjemahan kode-kode yang dibawa mRNA. DNA dan RNA memiliki komponen yang hampir sama tetapi keduanya memiliki perbedaan struktur, fungsi, dan beberapa materi penyusun. Perhatikan tabel berikut.

Tabel Perbandingan Struktur, Fungsi, dan Materi Penyusun DNA dan RNA

DNA	RNA
1. Ditemukan dalam nukleus yaitu dalam kromosom, mitokondria, dan kloroplas.	1. Ditemukan dalam sitoplasma, terutama dalam ribosom, dan juga dalam nukleus.
2. Berupa rantai panjang dan ganda (double helix).	2. Berupa rantai pendek dan tunggal.
3. Fungsinya berhubungan erat dengan penurunan sifat dan sintesis protein.	3. Fungsinya berhubungan erat dengan sintesis protein.
4. Kadarnya tidak dipengaruhi oleh aktivitas sintesis protein.	4. Kadarnya dipengaruhi oleh aktivitas sintesis protein
5. Basa nitrogen terdiri atas purin: adenin (A) dan guanine (G), pirimidin: timin (T) dan sitosin (C).	5. Basa nitrogen terdiri atas purin: adenin (A) dan guanin (G), pirimidin: urasil (U) dan sitosin (C).
6. Komponen gulanya deoksiribosa, yaitu ribose yang kehilangan satu atom oksigen pada atom C nomor 2.	6. Komponen gulanya D-ribosa (pentosa).

3. Sintesis Protein

Pada uraian mengeni DNA telah disebutkan bahwa DNA berfungsi sebagai heterokatalis (mensintesis molekul lain). Uraian berikut merupakan salah satu contoh fungsi DNA tersebut. DNA yang terletak di dalam nukleus merupakan suatu cetakan kode genetik yang menghasilkan informasi genetik. Kode genetik disusun oleh urutan basa nitrogen (A, T, G, dan C). Dalam sintesis protein, kode-kode genetik dalam DNA disalin menjadi mRNA. Proses ini disebut transkripsi. 

Proses ini diawali dengan melekatnya RNA polimerase pada molekul DNA sehingga sebagian rantai double helix DNA membuka. Akibatnya, salah satu rantai DNA yang membuka tersebut mencetak RNA. Rantai DNA yang mengandung kode-kode genetik (kodon) dan dapat mencetak mRNA disebut rantai sense. Rantai DNA yang tidak mencetak mRNA disebut rantai antisense. Misalnya urutan basa N pada rantai DNA terdiri atas TAC, GCT, CGA, dan CTA maka urutan basa N pada rantai mRNA yaitu AUG, CGA, GCU, dan GAU. Perhatikan susunan DNA dan RNA berikut.

Susunan DNA dan RNA

Setelah disalin, mRNA keluar dari nukleus menuju sitoplasma. mRNA tidak dapat mengenali suatu asam amino secara langsung. Oleh karena itu, diperlukan tRNA untuk dapat membaca kode-kode yang dibawa mRNA. Di dalam sitoplasma banyak terdapat tRNA, asam amino dan enzim amino asil sintetase. Asam amino tersebut diaktifkan menggunakan ATP (Adenosin Trifosfat) dan enzim amino asil sintetase sehingga dihasilkan Amino asil Adenosin monofasfat (AA-AMP) dan fosfat organik.

Selanjutnya Aminoasil Adenosin monofosfat diikat oleh t-RNA  dan dibawa ke ribosom. Setiap tRNA memiliki tiga basa N dan asam amino, tiga basa N tRNA akan berpasangan dengan tiga basa N mRNA yang sesuai. mRNA merupakan susunan kodon yang panjang. Setiap tRNA akan menerjemahkan tiga basa.

Setelah tRNA pertama melepaskan diri, datang tRNA selanjutnya, begitu terus-menerus sampai kodon pada mRNA habis. Asam amino yang terbentuk selama penerjemahan oleh tRNA akan membentuk suatu ikatan. Bagian basa N pada tRNA yang menerjemahkan kode yang dibawa mRNA disebut antikodon.

Sementara itu, tiga bagian basa N pada mRNA tersebut di atas yang memiliki kode untuk menspesifikasikan asam amino disebut kodon. Proses penerjemahan kode yang dibawa mRNA oleh tRNA disebut translasi. Asam amino-asam amino akan berjajar membentuk urutan sesuai dengan kode yang dibawa mRNA sehingga terbentuklah protein. Protein tersebut merupakan enzim yang berfungsi mengatur metabolisme sel. 

4. Kode Genetik

Anda telah mengetahui bahwa dalam DNA terdapat empat basa nitrogen meliputi adenin (A), timin (T), sitosin (C), dan guanin (G). Anda juga telah mengetahui RNA mengandung 4 basa nitrogen tersebut, tetapi urasil (U) menggantikan timin (T).

Nirenberg dan Matthaei (1960) mengadakan percobaan untuk memecahkan masalah kode genetik dengan mencampurkan urasil dengan enzim pembentuk RNA. Dari percampuran ini dihasilkan RNA yang hanya terdiri atas urasil dan dinamakan poli-Urasil (poli-U). Apabila poli-U dimasukkan ke dalam campuran berbagai asam amino, akan terbentuk rangkaian fenilalanin, yaitu protein yang terdiri atas satu macam asam amino. 

Hal ini merupakan cara manusia pertama kali mampu memecahkan peristiwa kehidupan melalui tabung reaksi kimia. Sampai saat ini pun manusia terus melakukan penelitian untuk mengetahui proses-proses yang terjadi dalam sel makhluk hidup. Rumitnya susunan tubuh makhluk hidup menunjukkan betapa pandainya sang Pencipta. Kita hendaknya bersyukur kepada Tuhan karena diberi akal sehingga mampu mengungkap rahasia kehidupan.

Kode genetik yang dipakai saat ini yaitu kode yang tersusun oleh 3 basa N yang disebut kodon triplet. Kodon triplet ini merupakan bagian 3 basa N yang terdapat pada mRNA. Apabila suatu urutan tiga basa memberikan kode untuk satu asam amino, akan terjadi 43= 64 kemungkinan kombinasi dari basa sehingga dapat memperinci 64 macam kode genetika. 

Asam amino yang dikenal sampai saat ini sebanyak 20 macam. Adanya 64 macam kodon dan 20 macam asam amino menyebabkan satu asam amino dapat memiliki lebih dari satu kodon. Kodon yang sesuai untuk setiap asam amino dapat dilihat dalam tabel berikut.

Tabel Kodon Beberapa Asam Amino

Basa Pertama

	Basa Kedua								Basa Ketiga
	U		C		A		G
U	UUU UUC UUA UUG	Phe Phe Leu Leu	UCU UCC UCA UCG	Ser Ser Ser Ser	UAU UAC UAA UAG	Tyr Tyr Term Term	UGU UGC UGA UGG	Cys Cys Term Tryp	U C A G
C	CUU CUC CUA CUG	Leu Leu Leu Leu	CCU CCC CCA CCG	Pro Pro Pro Pro	CAU CAC CAA CAG	His His GluN GluN	CGU CGC CGA CGG	Arg Arg Arg Arg	U C A G
A	AUU AUC AUA AUG	Ileu Ileu Ileu Met	ACU ACC ACA ACG	Thr Thr Thr Thr	AAU AAC AAA AAG	AspN AspN Lys Lys	AGU AGC AGA AGG	Ser Ser Arg Arg	U C A G
G	GUU GUC GUA GUG	Val Val Val Val	GCU GCC GCA GCG	Ala Ala Ala Ala	GAU GAC GAA GAG	Asp Asp Glu Glu	GGU GGC GGA GGG	Gly Gly Gly Gly	U C A G

Keterangan :

U = Urasil G = Guanin Ala = Alanin Cys = Cystein His = Histidin Lys = Lysin Pro = Prolin Tryp = Tryptofan C = Sitosin Term = Kodon terminasi Arg = Arginin GluN = Glutamin

Ileu = Isoleusin Met = Methionin kodon start Ser = Serin Tyr = Tyrosin A = Adenin AspN = Aspargin Gly = Glycine Leu = Leusin Phe = Phenylalanin Thr = Threonin Val = Valin Glu = Glutamat acid

Kode genetik berlaku universal, artinya kode yang sama berlaku untuk semua organisme. Bila terjadi kesalahan penerjemahan, protein yang disusun juga keliru sehingga enzim yang dihasilkan tidak sesuai. Hal ini akan mengakibatkan terjadinya gangguan metabolisme. Kekeliruan tRNA menafsirkan kode-kode genetik yang diterima dari DNA juga merupakan salah satu mekanisme mutasi gen.

 

Demikian materi Penjelasan DNA, RNA, Sintetis Protein dan Kode Genetika, semoga bermanfaat.

 

Komentar →