Tugas Biologi Sel TRANSKRIPSI, TRANSLASI DAN REPLIKASI
Oleh Afifi Rahmadetiassani (083112620150008)
FAKULTAS BIOLOGI UNIVERSITAS NASIONAL, JAKARTA 2010
TRANSKRIPSI, TRANSLASI DAN REPLIKASI DNA (DEOXYRIBO NUCLEIC ACID) DNA (Deoxyribo Nucleic Acid) atau asam deoksiribosa nukleat (ADN) merupakan tempat penyimpanan informasi. Pada tahun 1953, Frances Crick dan James Watson menemukan model molekul DNA sebagai suatu struktur heliks beruntai ganda, atau yang lebih dikenal dengan heliks ganda Watson-Crick. DNA merupakan makromolekul polinukleotida yang tersusun atas polimer nukleotida yang berulang-ulang, tersusun rangkap, membentuk DNA heliks ganda dan berpilin ke kanan. .Setiap nukleotida terdiri dari tiga gugus molekul, yaitu (Aryulina, 2007) : Gula 5 karbon (2-deoksiribosa) Basa nitrogen yang terdiri golongan purin yaitu adenin (Adenine = A) dan guanin (guanine = G), serta golongan pirimidin, yaitu sitosin (cytosine = C) dan timin (thymine = T) Gugus fosfat
2
Gambar 1. Struktur kimia komponen penyusun DNA Baik purin ataupun pirimidin yang berkaitan dengan deoksiribosa membentuk suatu molekul yang dinamakan nukleosida atau deoksiribonukleosida yang merupakan prekursor elementer untuk sintesis DNA.Prekursor merupakan suatu unsur awal pembentukan senyawa deoksiribonukleosida yang berkaitan dengan gugus fosfat membentuk nukleotida atau deoksiribonukleotida. DNA tersusun dari empat jenis monomer nukleotida (Aryulina, 2007). Keempat basa nitrogen nukleotida di dalam DNA tidak berjumlah sama rata.Akan tetapi, pada setiap molekul DNA, jumlah adenin (A) selalu sama dengan jumlah timin (T).Demikian pula jumlah guanin (G) dengan sitosin (C) selalu sama. Fenomena ini dinamakan ketentuan Chargaff. Adenin (A) selalu berpasangan dengan timin (T) dan membentuk dua ikatan hidrogen (A=T), sedagkan sitosin (C) selalu berpasangan dengan guanin (G) dan membentuk 3 ikatan hirogen (C = G) (Ayu, 2007).
3
Gambar 2. Susunan basa nitrogen pada DNA. Adenin berpasangan dengan timin sedangkan guanin berpasangan dengan sitosin.
Stabilitas DNA heliks ganda ditentukan oleh susunan basa dan ikatan hidrogen yang terbentuk sepanjang rantai tersebut. Karena perubahan jumlah hidrogen ini, tidak mengeherankan bahwa ikatan C G memerlukan tenaga yang lebih besar untuk memisahkannya. DNA merupakan makromolekul yang struktur primernya adalah polinukleotida rantai rangkap berpilin.Sturktur ini diibaratkan sebagai sebuah tangga.Anak tangganya adalah susunan basa nitrogen, dengan ikatan A-T dan G-C. Kedua tulang punggung tangganya adalah gula ribosa (http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/14/mengenal-dna-dan-rna/). Antara mononukleotida satu dengan yang lainnya berhubungan secara kimia melalui ikatan fosfodiester. DNA heliks ganda yang panjangnya juga memiliki suatu polaritas. Polaritas tersebut dikarenakan salah satu ujung rantai DNA merupakan gugus fosfat dengan karbon 5-deoksiribosa pada ujung terminal nukleotidanya. Kemudian ujung rantai DNA lain merupakan gugus hidroksil dengan karbon 3deoksiribosa. Dengan demikian, rantai polinukleotida merupakan suatu polaritas atau bidireksionalitas polinukleotida 3----------5 dan 5--------------3 (http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/14/mengenal-dna-dan-rna/). Polaritas heliks gamda berlawanan orientasi satu sama lain. Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk heliks ganda berjajar secara anti paralel (Ayu, 2007). RNA (RIBO NUCLEIC ACID) RNA ( Ribo Nucleic Acid ) atau asam ribonukleat merupakan makromolekul yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik. RNA sebagai penyimpan informasi genetik misalnya pada materi genetik virus, terutama golongan
4
retrovirus. RNA sebagai penyalur informasi genetik misalnya pada proses translasi untuk sintesis protein. RNA juga dapat berfungsi sebagai enzim ( ribozim ) yang dapat mengkatalis formasi RNA-nya sendiri atau molekul RNA lain (http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/14/mengenal-dna-dan-rna/). RNA merupakan rantai tungga polinukleotida. Setiap ribonukleotida terdiri dari tiga 5 karbon (ribosa) Basa nitrogen yang terdiri dari golongan purin (yang sama dengan DNA) dan golongan pirimidin yang berbeda yaitu sitosin (C) dan Urasil (U) Gugus fosfat Purin dan pirimidin yang berkaitan dengan ribosa membentuk suatu molekul yang dinamakan nukleosida atau ribonukleosida, yang merupakan prekursor dasar untuk sintesis DNA. Ribonukleosida yang berkaitan dengan gugus fosfat membentuk suatu nukleotida atau ribonukleotida. RNA merupakan hasil transkripsi dari suatu fragmen DNA, sehingga RNA merupakan polimer yang jauh lebih pendek dibandingkan DNA (http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/14/mengenal-dnadan-rna/). RNA dibedakan menjadi dua kelompok utama yaitu RNA genetik dan RNA non-genetik. RNA genetik memiliki fungsi yang sama dengan DNA, yaitu sebagai pembawa keterangan genetik. RNA genetik hanya ditemukan pada makhluk hidup tertentu yang tidak memiliki DNA, misalnya virus. Ketika virus ini menyerang sel hidup, RNA yang dibawanya masuk ke sitoplasma sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh sel inang untuk menghasilkan virus-virus baru. Dalam hal ini fungsi RNA menjadi sama dengan DNA, baik sebagai materi genetik maupun dalam mengatur aktivitas sel (http://substansigenetika.net/wp/tag/e-rna/). gugus molekul, yaitu (http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/14/mengenal-dna-dan-rna/) :
5
RNA non-genetik tidak berperan sebagai pembawa keterangan genetik sehingga RNA jenis ini hanya dimiliki oleh makhluk hidup yang juga memiliki DNA. Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA non-genetik dibedakan menjadi mRNA ( messenger RNA ) atau RNAd ( RNA duta ), tRNA ( transfer RNA ) atau RNAt ( RNA transfer ), dan rRNA ( ribosomal RNA ) atau RNAr ( RNA ribosomal ) (http://substansigenetika.net/wp/tag/e-rna/). mRNA (messenger RNA) atau RNAd (RNA duta) RNAd merupakan RNA yang urutan basanya komplementer (berpasangan) dengan salah satu urutan basa rantai DNA. RNA jenis ini merupakan polinukleotida berbentuk pita tunggal linier dan disintesis di dalam nukleus. Panjang pendeknya RNAd berhubungan dengan panjang pendeknya rantai polipeptida yang akan disusun. Urutan asam amino yang menyusun rantai polipeptida itu sesuai dengan urutan kodon yang terdapat di dalam molekul RNAd yang bersangkutan. RNAd bertindak sebagai pola cetakan pembentuk polipeptida. RNAd membawa kode-kode genetik komplemen dari DNA di inti sel menuju ke ribosom di sitoplasma. RNAd ini dibentuk bila diperlukan dan jika tugasnya selesai, maka akan dihancurkan dalam plasma (http://substansigenetika.net/wp/tag/e-rna/).
6
Gambar 3. Struktur RNAd
tRNA (transfer RNA) atau RNAt (RNA transfer) RNAt merupakan RNA yang membawa asam amino satu per satu ke ribosom.Pada salah satu ujung RNAt terdapat tiga rangkaian basa pendek yang disebut dengan antikodon. Suatu asam amino akan melekat pada ujung RNAt yang berseberangan dengan ujung antikodon. Pelekatan ini merupakan cara berfungsinya RNAt, yaitu membawa asam amino spesifik yang nantinya berguna dalam sintesis protein, yaitu pengurutan asam amino sesuai urutan kodonnya pada RNAd (Ayu,2007).
7
Gambar 4. Struktur RNAt
rRNA (ribosomal RNA) atau RNAr (RNa ribosomal) RNA ini disebut ribosomal RNA karena RNAr merupakan komponen struktural yang utama di dalam ribosom. Setiap subunit ribosom terdiri dari 30 46% molekul RNAr dan 70 80% protein (http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/14/mengenal-dna-dan-rna/).
8
Gambar 5. Struktur RNAr PERBEDAAN ANTARA DNA DAN RNA DNA dan RNA memiliki perbedaan, hal ini dapat dilihat tabel ringkasannya sebagai berikut (http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/14/mengenal-dna-danrna/) :
Parameter Komponen : Gula Basa nitrogen : Purin
DNA Deoksiribosa Adenin, Guanin Ribosa
RNA
Adenin, Guanin
9
Bentuk Letak Kadar
Pirimidin
Timin, Sitosin Urasil, Sitosin Rantai panjang, ganda, dan Rantai pendek, tunggal, dan berpilin (double helix) tidak berpilin. Di dalam nukleus,kloroplas, Di dalam nukleus,kloroplas, mitokondria Tetap mitokondria, sitoplasma. Tidak tetap
SINTESIS PROTEIN Semua aktivitas sel dikendalikan oleh aktivitas nukleus. Cara pengendalian ini berkaitan dengan aktivitas nukleus memproduksi protein, dimana protein ini merupakan penyusun utama dari semua organel sel maupun penggandaan kromosom. Contoh protein yang dapat dihasilkan seperti protein struktural yang digunakan sebagai penyusun membran sel dan protein fungsional (misalnya enzim) yang digunakan sebagai biokatalisator untuk berbagai proses sintesis dalam sel (http://substansigenetika.net/wp/tag/f-sintesis-protein/). Protein adalah polipeptida (gabungan dari beberapa asam amino). Maka untuk membentuk suatu protein diperlukan bahan dasar berupa asam amino. Polipeptida dikatakan protein jika paling tidak memiliki berat molekul kira-kira 10.000. Di dalam ribosom, asam amino-asam amino dirangkai menjadi polipeptida dengan bantuan enzim tertentu. Polipeptida dapat terdiri atas 51 asam amino (seperti pada insulin) sampai lebih dari 1000 asam amino (seperti pada fibroin, protein sutera). Macam molekul polipeptida tergantung pada asam amino penyusunnya dan panjang pendeknya rantai polipeptida (http://substansigenetika.net/wp/tag/f-sintesis-protein/). Sintesis protein melibatkan DNA sebagai pembuat rantai polipeptida. Meskipun begitu, DNA tidak dapat secara langsung menyusun rantai polipeptida karena harus melalui RNA. Seperti yang telah kita ketahui bahwa DNA merupakan bahan informasi genetik yang dapat diwariskan dari generasi ke generasi. Informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein. Informasi ditransfer secara akurat dari DNA melalui RNA untuk
10
menghasilkan
polipeptida
dari
urutan
asam
amino
yang
spesifik
(http://substansigenetika.net/wp/tag/f-sintesis-protein/). Suatu konsep dasar hereditas yang mampu menentukan ciri spesifik suatu jenis makhluk menunjukkan adanya aliran informasi bahan genetik dari DNA ke asam amino (protein). Konsep tersebut dikenal dengan dogma genetik. Tahap pertama dogma genetik dikenal sebagai proses transkripsi DNA menjadi mRNA. Tahap kedua dogma genetik adalah proses translasi atau penerjemahan kode genetik pada RNAd menjadi urutan asam amino. Dogma genetik dapat digambarkan secara skematis sebagai berikut (http://substansigenetika.net/wp/tag/f-sintesis-protein/).
Gambar 6. Dogma genetik
TRANSKRIPSI Transkripsi adalah proses sintesa RNA dari sekuen DNA sebuah gen oleh enzim RNA polimerase. RNA diproduksi dengan menggunakan template/antisense/non-coding strand. Selama proses transkripsi, RNA disintesa melalui polimerase NTPs. 3 - OH dari satu nukleotida bereaksi dengan 5 - fosfat dari nukleotida yang lain, sehingga membentuk ikatan fosfodiester (http://barrusweet.blogspot.com/2009/01/tugas-terstruktur-transkripsi.html).
11
Sintesa RNA yang diarahkan oleh DNA terjadi pada sel prokariota dan eukriota. Pada sel prokariota, transkripsi terhenti tepat fase terminasi, ketika enzim polimerase mencapai titik tersebut polimerase melepas RNA dan DNA. Pada sel eukriota enzim-enzim memodifikasi kedua ujung melekul pra-mRNA. Tutup terdiri guonosin trifosfat yang sudah dimodifikasi ditambahkan ke ujung 5 segera setelah RNA dibuat (http://barrusweet.blogspot.com/2009/01/tugas-terstrukturtranskripsi.html). Ekor poli (A) yang mengandung hingga 200 nukleotida adenin dilekatkan pada ujung 3 , ujung yang terbentuk pemotongan di arah downstream dari terminasi sinyal pengakhir AAUAA. Ujung-ujung termodifikasi ini membantu melindungi RNA dari dagradasi, dan ekor poli (A) dapat mempermudah ekspor mRNA dari nukleus Ketika mRNA mencapai sitoplasma, ujung-ujng termodifikasi bersama protein sitoplasma tertentu mensinyal ribosom untuk melekat pada mRNA (http://barrusweet.blogspot.com/2009/01/tugas-terstruktur-transkripsi.html). DNA melakukan transkripsi agar gen asli tetap terlindung di dalam inti sel, sementara hasil kopinya ditugaskan untuk melaksanakan pesan-pesan yang dikandungnya dalam proses sintesis protein. Jika RNA rusak, maka akan segera diganti dengan hasil kopian yang baru. Proses transkripsi ini terjadi di dalam inti sel (nukleus). DNA tetap berada di dalam nukleus, sedangkan hasil transkripsinya dikeluarkan dari nukleus menuju sitoplasma dan melekat pada ribosom. Namun pada sel tumbuhan, transkripsi terjadi di dalam matriks pada mitokondria dan plastida (http://substansigenetika.net/wp/tag/1-transkripsi/). Pada proses transkripsi, rantai DNA digunakan untuk mencetak rantai tunggal mRNA dengan bantuan enzim RNA polimerase. Enzim tersebut menempel pada bagian yang disebut promoter, yang terletak sebelum gen. Pertama-tama, ikatan hidrogen di bagian DNA yang akan disalin terbuka. Akibatnya, dua rantai DNA berpisah. Salah satu DNA berfungsi sebagai pencetak atau sense, yang lain sebagai antisense. Misalnya pencetak memiliki urutan basa G-A-G-A-C-T, dan pasangan komplemen memiliki urutan C-T-C-T-G-A. Karena pencetaknya G-A-G-A-C-T,
12
maka mRNA hasil cetakannya C-U-C-U-G-A. Jadi, mRNA C-U-C-U-G-A merupakan hasil kopian dari DNA C-T-C-T-G-A, dan merupakan komplemen dari pencetak (http://substansigenetika.net/wp/tag/1-transkripsi/). Transkripsi terdiri dari tiga tahap, yaitu inisiasi (permulaan), elongasi (perpanjangan) dan terminasi (pengakhiran) rantai RNA. Transkripsi mensintesis baik RNAd, RNAt maupun RNAr. Namun hanya basa nitrogen yang terdapat pada RNAd saja yang nantinya diterjemahkan menjadi asam amino (protein) (Ayu, 2007). Inisiasi (Permulaan) Daerah DNA di mana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter. Tahap inisiasi terjadi karena adanya tiga komponen yaitu mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom (http://substansigenetika.net/wp/tag/inisiasi/) Tahap inisiasi dari translasi terjadi dengan adanya mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom. Dalam kompleks inisisasi, ribosom membaca kodon pada mRNA. Pembacaan dilakukan untuk setiap 3 urutan basa hingga selesai seluruhnya. Sebagai catatan ribosom yang datang untuk membaca kodon biasanya tidak hanya satu, melainkan beberapa ribosom yang dikenal sebagai polisom membentuk rangkaian mirip tusuk sate, 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 (http://substansigenetika.net/wp/tag/inisiasi/). Elongasi (Pemanjangan) Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino ditambahkan satu per satu diawali dari asam amino pertama (metionin). Ribosom akan terus bergerak dan membaca kodon-kodon di sepanjang mRNA. Masing-masing kodon akan diterjemahkan oleh tRNA yang membawa asam amino yang dikode oleh pasangan
13
komplemen antikodon tRNA tersebut. Di dalam ribosom, metionin yang pertama kali masuk dirangkaikan dengan asam amino yang di sampingnya membentuk dipeptida (http://substansigenetika.net/wp/tag/inisiasi/). Ribosom terus bergeser, membaca kodon berikutnya. Asam amino berikutnya 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 (http://substansigenetika.net/wp/tag/inisiasi/). 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 (http://substansigenetika.net/wp/tag/inisiasi/). Terminasi (Pengakhiran) Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator yang ditranskripsi merupakan suatu urutan RNA yang berfungsi sebagai kodon terminasi (kode stop) yang sesungguhnya. Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir kodon terminasi, yaitu ketika polimerase mencapai titik terminasi sambil melepas RNA dan DNA. Sebaliknya, pada sel eukariotik polimerase terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam mRNA. Pada titik yang jauh kira-kira 10 hingga 35 nukleotida, mRNA ini dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut (http://substansigenetika.net/wp/tag/1-transkripsi/). Sejumlah ATP diperlukan untuk membuat RNA polimerase mulai bergerak dari ujung 3 (ujung karboksil) berkas templat ke arah ujung 5 (ujung amino). RNA yang terbentuk dengan demikian berarah 5 3. Pergerakan RNA polimerase akan
14
berhenti apabila ia menemui urutan basa yang sesuai dengan kodon berhenti. Setelah proses selesai, RNA polimerase akan lepas dari DNA (http://substansigenetika.net/wp/tag/1-transkripsi/).
Gambar 7. Tahapan Transkripsi
TRANSLASI Translasi adalah proses penerjemahan urutan nukleotida atau kodon yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein. Transkripsi dan translasi merupakan dua proses utama yang menghubungkan gen ke protein. Translasi hanya terjadi pada molekul mRNA, sedangkan rRNA dan tRNA tidak ditranslasi. Molekul mRNA yang merupakan salinan urutan DNA menyusun suatu gen dalam bentuk kerangka baca terbuka.
15
mRNA
membawa
informasi
urutan
asam
amino
(http://substansigenetika.net/wp/tag/2-translasi/). Tempat translasi ini ialah ribosom, partikel kompleks yang memfasilitasi perangkaian secara teratur asam amino menjadi rantai polipeptida. Asam amino yang akan dirangkaikan dengan asam amino lainnya dibawa oleh tRNA. Setiap asam amino akan dibawa oleh tRNA yang spesifik ke dalam kompleks mRNA-ribosom (http://substansigenetika.net/wp/tag/2-translasi/). Proses translasi berupa penerjemahan kodon atau urutan nukleotida yang terdiri atas tiga nukleotida berurutan yang menyandi suatu asam amino tertentu. Kodon pada mRNA akan berpasangan dengan antikodon yang ada pada tRNA. Setiap tRNA mempunyai antikodon yang spesifik. Tiga nukleotida di anti kodon tRNA saling berpasangan dengan tiga nukleotida dalam kodon mRNA menyandi asam amino tertentu (http://substansigenetika.net/wp/tag/2-translasi/). 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 (http://substansigenetika.net/wp/tag/2-translasi/).
Insiasi Tahap inisiasi terjadi karena adanya tiga komponen yaitu mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom. Tahap inisiasi dari translasi terjadi dengan adanya mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom. Dalam kompleks inisisasi, ribosom membaca kodon pada mRNA. Pembacaan dilakukan untuk setiap 3 urutan basa hingga selesai seluruhnya (http://substansigenetika.net/wp/tag/2-translasi/).
16
Sebagai catatan ribosom yang datang untuk membaca kodon biasanya tidak hanya satu, melainkan beberapa ribosom yang dikenal sebagai polisom membentuk rangkaian mirip tusuk sate, 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 (http://substansigenetika.net/wp/tag/2-translasi/). Elongasi Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino ditambahkan satu per satu diawali dari asam amino pertama (metionin). Kodon RNAd pada ribosom membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon molekul RNAt yang komplemen dengannya. Molekul RNAr dari subunit ribosom besar berfungsi sebagai enzim, yaitu mengkatalis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba. Pada tahap ini, polipeptida memisahkan diri dari RNAt tempat perlekatannya semula, dan asam amino pada ujung karboksilanya berkaitan dengan asam amino yang dibwa oleh RNAt yang baru masuk (Ayu, 2007). Saat RNA berpindah tempat, antikodonnya tetap berkaitan dengan kodon RNAt. RNAd bergerak bersama-sama dengan antikodon ini da bergeser ke kodon berikutnya yang akan ditranslasi. Sementara itu, RNAt sekarang tanpa asam amino karena telah diikatkan pada polipeptida yang sedang memanjang. Selanjutnya RNAt keluar dari ribosom. RNAd bergerak melalui ribosom ke satu arah saja, mulai dari ujung 5. Hal ini sama dengan ribosom yang bergerak 5 3 pada RNAd. Hal yang penting disini adalah ribosom dan RNAd bergerak relatif satu sama lain, dengan arah yang sama, kodon demi kodon (Ayu, 2007).
17
Terminasi Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga ribosom mencapai kodon stop. Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan translasi (http://substansigenetika.net/wp/tag/2-translasi/).
Gambar 8. Insiasi pada proses tranlasi
Gambar 9. Translasi pada proses translasi REPLIKASI Replikasi adalah peristiwa sintesis DNA. Saat suatu sel membelah secara mitosis, tiap-tiap sel hasila pembelahan mengandung DNA penuh dan identik seperti induknya.Dengan demikian, DNA harus secara tepat direplikasi sebelum proses pembelahan dimulai. Hipotesis mengenai replikasi DNA dikemukakan setelah
18
muncul model DNA heliks ganda. Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai nukleotida baru dari rantai nukleotida lama (Ayu, 2007). Proses komplementasi pasangan basa menghasilkan suatu molekul DNA baru yang sama dengan molekul DNA lama sebagai cetakan. Kemungkinan terjadinya replikasi dapat melalui tiga model. Model pertama adalah model konservatif, yaitu dua rantai DNA lama tetap tidak berubah, berfungsi sebagai cetakan untuk dua dua rantai DNA baru. Model kedua disebut model semikonservatif, yaitu dua rantai DNA lama terpisah dan rantai baru disintesis dengan prinsip komplementasi pada masing-masing rantai DNA lama tersebut.Model ketiga adalah model dispersif, yaitu beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama digunakan sebgai cetakan untuk sintesis rantai DNA baru (http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/14/mengenal-dna-dan-rna/).
Gambar 10. Model replikasi DNA
19
Dari ketiga model replikasi tersebut, model semikonservatif merupakan model yang tepat untuk proses replikasi DNA. Replikasi DNA semikonservatif ini berlaku bagi organisme prokariot maupun eukariot. Pada replikasi semikonservatif tangga berpilin mengalami pembukaan terlebih dahulu sehingga kedua untai polinukleotida akan saling terpisah. Namun, masing-masing untai ini tetap dipertahankan dan akan bertindak sebagai cetakan (template) bagi pembentukan untai polinukleotida baru. Sementara itu, pada replikasi dispersif kedua untai polinukleotida mengalami fragmentasi di sejumlah tempat. Kemudian, fragmen-fragmen polinukleotida yang terbentuk akan menjadi cetakan bagi fragmen nukleotida baru sehingga fragmen lama dan baru akan dijumpai berselang-seling di dalam tangga berpilin yang baru. (http://meckzozp.blogspot.com/2009/01/replikasi-dna.html). Replikasi DNA prokariot Replikasi DNA kromosom prokariot, khususnya bakteri, sangat berkaitan dengan siklus pertumbuhannya. Daerah ori pada E. coli, misalnya, berisi empat buah tempat pengikatan protein inisiator DnaA, yang masing-masing panjangnya 9 pb. Sintesis protein DnaA ini sejalan dengan laju pertumbuhan bakteri sehingga inisiasi replikasi juga sejalan dengan laju pertumbuhan bakteri. Pada laju pertumbuhan sel yang sangat tinggi, DNA kromosom prokariot dapat mengalami reinisiasi replikasi pada dua ori yang baru terbentuk, sebelum putaran replikasi yang pertama berakhir. Akibatnya, sel-sel hasil pembelahan akan menerima kromosom yang sebagian telah bereplikasi (http://meckzozp.blogspot.com/2009/01/replikasi-dna.html). Protein DnaA membentuk struktur kompleks yang terdiri atas 30 hingga 40 buah molekul, yang masing-masing akan terikat pada molekul ATP. Daerah ori akan mengelilingi kompleks DnaA-ATP tersebut. Proses ini memerlukan kondisi superkoiling negatif DNA (pilinan kedua untai DNA berbalik arah sehingga terbuka). Superkoiling negatif akan menyebabkan pembukaan tiga sekuens repetitif sepanjang 13 pb yang kaya dengan ATP sehingga memungkinkan terjadinya pengikatan protein DnaB, yang merupakan enzim helikase, yaitu enzim yang akan menggunakan energi
20
ATP hasil hidrolisis untuk bergerak di sepanjang kedua untai DNA dan memisahkannya (http://meckzozp.blogspot.com/2009/01/replikasi-dna.html). Untai DNA tunggal hasil pemisahan oleh helikase selanjutnya diselubungi oleh protein pengikat untai tunggal atau single-stranded binding protein (SSB) untuk melindungi DNA untai tunggal dari kerusakan fisik dan mencegah renaturasi. Enzim DNA primase kemudian akan menempel pada DNA dan menyintesis RNA primer yang pendek untuk memulai atau menginisiasi sintesis pada untai pengarah. Agar replikasi dapat terus berjalan menjauhi ori, diperlukan enzim helikase selain DnaB. Hal ini karena pembukaan heliks akan diikuti oleh pembentukan putaran baru berupa superkoiling positif. Superkoiling negatif yang terjadi secara alami ternyata tidak cukup untuk mengimbanginya sehingga diperlukan enzim lain, yaitu topoisomerase tipe II yang disebut dengan DNA girase. Enzim DNA girase ini merupakan target serangan antibiotik sehingga pemberian antibiotik dapat mencegah berlanjutnya replikasi DNA bakteri. Seperti telah dijelaskan di atas, replikasi DNA terjadi baik pada untai pengarah maupun pada untai tertinggal. Pada untai tertinggal suatu kompleks yang disebut primosom akan menyintesis sejumlah RNA primer dengan interval 1.000 hingga 2.000 basa. Primosom terdiri atas helikase DnaB dan DNA primase (http://meckzozp.blogspot.com/2009/01/replikasi-dna.html). Primer baik pada untai pengarah maupun pada untai tertinggal akan mengalami elongasi dengan bantuan holoenzim DNA polimerase III. Kompleks multisubunit ini merupakan dimer, separuh akan bekerja pada untai pengarah dan separuh lainnya bekerja pada untai tertinggal. Dengan demikian, sintesis pada kedua untai akan berjalan dengan kecepatan yang sama. Masing-masing bagian dimer pada kedua untai tersebut terdiri atas subunit a, yang mempunyai fungsi polimerase sesungguhnya, dan subunit e, yang mempunyai fungsi penyuntingan berupa eksonuklease (3---------- 5). Selain itu, terdapat subunit b yang menempelkan polimerase pada DNA (http://meckzozp.blogspot.com/2009/01/replikasi-dna.html). Begitu primer pada untai tertinggal dielongasi oleh DNA polimerase III, mereka akan segera dibuang dan celah yang ditimbulkan oleh hilangnya primer
21
tersebut diisi oleh DNA polimerase I, yang mempunyai aktivitas polimerase 5-----3, eksonuklease 5-------3, dan eksonuklease penyuntingan 3 -----5. Eksonuklease 5-----3 membuang primer, sedangkan polimerase akan mengisi celah yang ditimbulkan. Akhirnya, fragmen-fragmen Okazaki akan dipersatukan oleh enzim DNA ligase. Secara in vivo, dimer holoenzim DNA polimerase III dan primosom diyakini membentuk kompleks berukuran besar yang disebut dengan replisom. Dengan adanya replisom sintesis DNA akan berlangsung dengan kecepatan 900 pb tiap detik (http://meckzozp.blogspot.com/2009/01/replikasi-dna.html). Kedua garpu replikasi akan bertemu kira-kira pada posisi 180C dari ori. Di sekitar daerah ini terdapat sejumlah terminator yang akan menghentikan gerakan garpu replikasi. Terminator tersebut antara lain berupa produk gen tus, suatu inhibitor bagi helikase DnaB. Ketika replikasi selesai, kedua lingkaran hasil replikasi masih menyatu. Pemisahan dilakukan oleh enzim topoisomerase IV. Masing-masing lingkaran hasil replikasi kemudian disegregasikan ke dalam kedua sel hasil pembelahan (http://meckzozp.blogspot.com/2009/01/replikasi-dna.html). Replikasi DNA Eukariot Pada eukariot replikasi DNA hanya terjadi pada fase S di dalam interfase. Untuk memasuki fase S diperlukan regulasi oleh sistem protein kompleks yang disebut siklin dan kinase tergantung siklin atau cyclin-dependent protein kinases (CDKs), yang berturut-turut akan diaktivasi oleh sinyal pertumbuhan yang mencapai permukaan sel. Beberapa CDKs akan melakukan fosforilasi dan mengaktifkan protein-protein yang diperlukan untuk inisiasi pada masing-masing ori (http://biomol.wordpress.com/bahan-ajar/replikasi/). Berhubung dengan kompleksitas struktur kromatin, garpu replikasi pada eukariot bergerak hanya dengan kecepatan 50 pb tiap detik. Sebelum melakukan penyalinan, DNA harus dilepaskan dari nukleosom pada garpu replikasi sehingga gerakan garpu replikasi akan diperlambat menjadi sekitar 50 pb tiap detik. Dengan
22
kecepatan seperti ini diperlukan waktu sekitar 30 hari untuk menyalin molekul DNA kromosom pada kebanyakan mamalia (http://biomol.wordpress.com/bahanajar/replikasi/). Sederetan sekuens tandem yang terdiri atas 20 hingga 50 replikon mengalami inisiasi secara serempak pada waktu tertentu selama fase S. Deretan yang mengalami inisasi paling awal adalah eukomatin, sedangkan deretan yang agak lambat adalah heterokromatin. DNA sentromir dan telomir bereplikasi paling lambat. Pola semacam ini mencerminkan aksesibilitas struktur kromatin yang berbeda-beda terhadap faktor inisiasi (http://biomol.wordpress.com/bahan-ajar/replikasi/). Seperti halnya pada prokariot, satu atau beberapa DNA helikase dan SSB yang disebut dengan protein replikasi A atau replication protein A (RP-A) diperlukan untuk memisahkan kedua untai DNA. Selanjutnya, tiga DNA polimerase yang berbeda terlibat dalam elongasi. Untai pengarah dan masing-masing fragmen untai tertinggal diinisiasi oleh RNA primer dengan bantuan aktivitas primase yang merupakan bagian integral enzim DNA polimerase a. Enzim ini akan meneruskan elongasi replikasi tetapi kemudian segera digantikan oleh DNA polimerase d pada untai pengarah dan DNA polimerase e pada untai tertinggal. Baik DNA polimerase d maupun e mempunyai fungsi penyuntingan. Kemampuan DNA polimerase d untuk menyintesis DNA yang panjang disebabkan oleh adanya antigen perbanyakan nuklear sel atau proliferating cell nuclear antigen (PCNA), yang fungsinya setara dengan subunit b holoenzim DNA polimerase III pada E. coli. Selain terjadi penggandaan DNA, kandungan histon di dalam sel juga mengalami penggandaan selama fase S (http://biomol.wordpress.com/bahan-ajar/replikasi/). Mesin replikasi yang terdiri atas semua enzim dan DNA yang berkaitan dengan garpu replikasi akan diimobilisasi di dalam matriks nuklear. Mesin-mesin tersebut dapat divisualisasikan menggunakan mikroskop dengan melabeli DNA yang sedang bereplikasi. Pelabelan dilakukan menggunakan analog timidin, yaitu bromodeoksiuridin (BUdR), dan visualisasi DNA yang dilabeli tersebut dilakukan
23
dengan
imunofloresensi
menggunakan
antibodi
yang
mengenali
BudR
(http://biomol.wordpress.com/bahan-ajar/replikasi/). Ujung kromosom linier tidak dapat direplikasi sepenuhnya karena tidak ada DNA yang dapat menggantikan RNA primer yang dibuang dari ujung 5 untai tertinggal. Dengan demikian, informasi genetik dapat hilang dari DNA. Untuk mengatasi hal ini, ujung kromosom eukariot (telomir) mengandung beratus-ratus sekuens repetitif sederhana yang tidak berisi informasi genetik dengan ujung 3 melampaui ujung 5. Enzim telomerase mengandung molekul RNA pendek, yang sebagian sekuensnya komplementer dengan sekuens repetitif tersebut. RNA ini akan bertindak sebagai cetakan (templat) bagi penambahan sekuens repetitif pada ujung 3. Hal yang menarik adalah bahwa aktivitas telomerase mengalami penekanan di dalam sel-sel somatis pada organisme multiseluler, yang lambat laun akan menyebabkan pemendekan kromosom pada tiap generasi sel. Ketika pemendekan mencapai DNA yang membawa informasi genetik, sel-sel akan menjadi layu dan mati. Fenomena ini diduga sangat penting di dalam proses penuaan sel. Selain itu, kemampuan penggandaan yang tidak terkendali pada kebanyakan sel kanker juga berkaitan dengan reaktivasi enzim telomerase (http://biomol.wordpress.com/bahanajar/replikasi/). DAFTAR PUSTAKA Aryulana, Diah,dkk. Biologi 3 SMA dan MA Untuk Kelas XII. Jakarta . 2007 http://barrusweet.blogspot.com/2009/01/tugas-terstruktur-transkripsi.html. pada tanggal 13 Desember 2010. http://biomol.wordpress.com/bahan-ajar/replikasi/. Desember 2010. http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/14/mengenal-dna-dan-rna/. Diakses pada tanggal 12 Desember 2010. Diakses pada tanggal 12 Diakses
24
http://meckzozp.blogspot.com/2009/01/replikasi-dna.html. Diakses pada tanggal 12 Desember 2010. http://substansigenetika.net/wp/tag/inisiasi/. Diakses pada tanggal 13 Desember 2010. http://substansigenetika.net/wp/tag/f-sintesis-protein/. Diakses pada tanggal 13 Desember 2010. http://substansigenetika.net/wp/tag/1-transkripsi/. Diakses pada tanggal 13 Desember 2010. http://substansigenetika.net/wp/tag/2-translasi/. Diakses pada tanggal 13 Desember 2010.
25
