DNA

BAB I

PENDAHULUAN

Penemuan bahwa informasi genetik dikodekan di sepanjang sebuah molekul polimer yang hanya tersusun dari 4 tipe unit monomer, merupakan prestasi penting ilmiah abad ini. Molekul polimer ini, yaitu DNA, adalah dasar kimiawi hereditas dan diorganisasikan ke dalam gen yang menjadi unit fundamental informasi genetik. Gen mengendalikan sintesis berbagai tipe RNA kebanyakan di antaranya terlibat dalam sintesis protein. Gen tidak berfungsi secara otonom; replikasi dan fungsinya dikendalikan denga cara yang masih belum jelas, melalui putaran umpan-balik di mana produk gen sendiri memainkan peranan penting. Pengetahuan tentang struktur dan fungsi asam nukleat sangat esensial dalam memahami genetika dan menciptakan landasan bagi riset di masa depan.

Sudi mengenai eksistensi asam nukleat pertama kali dilakukan oleh Friedrich Miescher dari Jerman yang mengisolasi inti dari sel darah putih pada tahun 1869. Miescher menemukan bahwa di dalam inti sel tersebut terdapat senyawa yang mengandung fosfat yang kemudian dinamakan nuklein. Selanjutnya pada akhir abad ke-19 telah berhasil dilakukan pemisahan antara DNA (deoxyribonucleic acid) dan RNA (ribonucleic acid) dari protein-protein yang melekatkan molekul asam nukleat tersebut pada sel. Pada awal tahun 1930-an, P. Levene, W. Jacobs, dan kawan-kawan menunjukkan bahwa RNA tersusun atas satu gugus gula ribosa dan empat basa yang mengandung nitrogen, sementara DNA tersusun atas gugus gula yang berbeda yaitu deoksiribosa.

Bahan genetik yang ada pada setiap jasad akan mengalami proses perbanayakan sebagai salah Satu tahapan sangat penting dalam proses pertumbuhan sel atau perbanyakan partikel virus. Proses perbanyakan bahan genetik dikenal sebagai proses replikasi. Studi awal mengenai proses perbanyakan bahan genetik dilakukan pada jasad yang genomnya berupa molekul DNA.

BAB II

PEMBAHASAN

A.  Pengertian Asam Nukleat

Asam nukleat (bahasa Inggris: nucleic acid) adalah makromolekul biokimia yang kompleks, berbobot molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang mengandung informasi genetik. Asam nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) and Asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus.

Asam nukleat dinamai demikian karena keberadaan umumnya di dalam inti (nukleus) sel. Asam nukleat merupakan biopolimer, dan monomer penyusunnya adalah nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu sebuah basa nitrogen heterosiklik (purin atau pirimidin), sebuah gula pentosa, dan sebuah gugus fosfat. Jenis asam nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada rantai asam nukleat tersebut (misalnya, DNA atau asam deoksiribonukleat mengandung 2-deoksiribosa). Selain itu, basa nitrogen yang ditemukan pada kedua jenis asam nukleat tersebut memiliki perbedaan: adenina, sitosina, dan guanina dapat ditemukan pada RNA maupun DNA, sedangkan timina dapat ditemukan hanya pada DNA dan urasil dapat ditemukan hanya pada RNA.

B.  Struktur dan Fungsi Asam Nukleat

Peragaan yang memperlihatkan bahwa DNA mengandung informsi genetik dilakukan pertama kali pada tahun 1944 oleh Avery, Mac Leod dan McCarty dalam serangkaian percobaan. Ketiga peneliti ini memperlihatkan bahwa penentuan genetik pada karakter (tipe) kapsul suatu pneumokokus yang yang spesifik dapat dipindahkan kepada pneumokokus lainnya dengan tipe kapsul yang berbeda melalui penyisipan DNA yang dimurnikan, dari kokus pertama kepada kokus kedua. Para peneliti ini menganggap unsur tersebut (yang belakangan ternyata berupa DNA) sebagai “faktor transformasi”. Selanjutnya tipe manipulsai genetik menjadi hal yang lazim dilakukan. Sejumlah percobaan seupa baru-baru ini telah dilaksanakan dengan menggunakan sel-sel ragi, sel-sel mamalia yang dibiak, embrio rodensia sertainsekta sebagai resepien dan DNA yang diklonkan sebagai donor informasi genetik.

Sifat kimiawi unit-unit deoksinukleotida monomer pada DNA-Deoksiadenilat, deoksiguanilat, deoksisitidilat dan timidilat. Unit-unit monomer DNA ini dipertahankan dalam bentuk polimer lewat jembatan 3’5’-fosfodiester yang merupakan suatu benang tunggal seperti digambarkan dalam Gambar 2.1

Gambar 2.1. Segmen seutas benang pada sebuah molekul DNA yang didalamnya dipertahankan basa purin dan pirimidin yaitu adenin (A), timin (T), sitosin (C) dan guanin (G) menjadi satu oleh tulang punggung fosfodiester di antara moietas 2’-deoksiribosil yang melekat pada dasar nukleus lewat ikatan N-glikosidat. Perhatikan tulang punggung tersebut mempunyai suatu polaritas (yakni, suatu arah).

 Isi informasi DNA (Kode genetik) terletak dalam rangkaian, yang didalamnya tersusun monomer deoksiribunukleotida purin dan pirimidin. Polimer sebagaimana digambarkan memiliki suatu polaritas; salah satu ujungnya mempunyai gugus terminal 5’-hidroksil atau fosfat, sedangkan ujung lainnya mempunyai moietas 3’ fosfat atau hidroksil. Makna polaritas ini nantinya akan menjadi jelas. Karena informassi genetik terletak dalam urutan unit-unit monomer di dalam polimer, maka harus ada suatu mekanisme unit reproduksi atau replikasi informasi yang spesifik ini dengan derajat kektepatan yang tinggi. Persyaratan itu, bersama-sam dengan data difraksi sinar-x dari molekul DNA dan pengamatan Chargaff bahwa di dalam molekul DNA, konsentrasi nukleotida deoksiadenosin (A) sama dengan konsentrasi nukleotida timidin (T) (A=T), sementara konsentrasi nukleotida deoksiguanosin (G) sama dengan nukleotida deoksisitidin (C) (G=C),telah membuat Watson, Crick dan Wilkins mengajukan usulan sebuah model molekul DNA berbenang ganda dalam awal tahun 1950-an.

Model yang mereka usulkan digambarkan dalam gambar 2.2.

Gambar 2.2. Model Watson dan Crick yang menggambarkan struktur heliks ganda dari DNA bentuk B. Kiri: Gambar diagramatik struktur DNA. Kanan: Model tiga dimensi struktur DNA.

 DNA Terdapat Dalam Beberapa Struktur Heliks-Ganda

Hingga saat ini, telah dikemukakan 6 bentuk DNA. Bentuk-bentuk ini dibedakan berdasarkan (1) jumlah pasangan basa yang menempati setiap putaran heliks, (2) puncak atau sudut di antara setiap pasangan basa, (3) diameter heliks molekul DNA, dan (4) sifat dominan (kanan atau kiri) pada heliks ganda (tabel 37-1). Sebagian dari bentuk-bentuk ini dapat mengadakan interkonversi bila kondisi hidrasi dan garam dimanipulasi. Interkonversi mungkin pula dapat terjadi secara in vivo.

Bentuk B, yaitu bentuk DNA yang sepenuhnya dominan dalam kondisi fisiologis (kadar garam yang rendah, derajat hidrasi yang tinggi) mempunyai puncak 3,4 nm per putaran (gambar 2.3).

Gambar 2.3. Pembentukan pasangan basa di antara deoksiadenosin dan timidin meliputi pembentukan 2 ikatan hidrogen. Tiga ikatan semacam itu terbentuk di antara deoksisitidin dan deoksiguanosin. Garis putus-putus menyatakan ikatan hidrogen. Dalam DNA, moietas gula adalah 2-deoksiribosa, sedangkan dalam RNA, D-ribosa

 Di dalam satu putaran tunggal terdapat 10 pasangan basa (bp; base pair)(jumlah ini dapat bervariasi antara 10,0 dan 10,6 bp per putaran), dan masing-masing basa planar tersusun hingga menyerupai 2 susunan uang logam yang diputar pada sisinya. Kedua susunan dipersatukan oleh ikatan hidrogen pada setiap tingkat di antara 2 mata uang pada tujmpukan yang berbeda dan oleh 2 pita yang terbelit dalam putaran dominan-kanan di sekeliling 2 susunan tersebut, serta melukiskan tulang punggung fosfodiester.

Variasi struktur dasar ini terlihat dalam bentuk A yang didukung oleh lingkungan yang tidak begitu berair dan lebih banyak mengandung ion-ion K⁺ serta Na⁺. struktur yang dominan kanan ini memiliki massa yang lebih besar daripada bentuk B, mempunyai lebih banyak pasangan basa per putaran, dan menyerupai struktur RNA berbenang-ganda serta dupleks hibrida DNA-RNA. Bentuk C-E, yang juga dominan-kanan, terlihat dalam lingkungan eksperimen yang sangat khusus dan diperkirakan tidak terdapat secara in vivo.

DNA-Z membentuk heliks ganda dominan-kiri, di mana tulang punggung fosfodiester berjalan zigzag di sepanjang molekul; oleh karena itu disebut DNA-Z. DNA-z merupakan bentuk heliks DNA yang paling sedikit terpuntir (12 bp per putaran) serta paling tipis dan hanya mempunyai satu alur (lihat bawah). DNA-Z terdapat dalam bentuk rangkaian berulang dari deoksinukleotida purin dan pirimidin yang tersusun silih berganti (GC atau AC), tetapi juga memerulakan satu atau lebih pengaruh yang menstabilkan bentuk tersebut. Pengaruh yang menstabilkan ini adalah (1) adanya garam-tinggi atau kation spesifik seperti spermin atau spermidin, (2) derajat supercoiling negatif DNA yang tinggi, (3) pengikatan sejumlah protein spesifik untuk DNA-Z, dan (4) metilasi atom 5-karbon pada sebagian nukleotida deoksisitidin dalam rangkaian yang silih berganti.

DNA-Z dapat menimbulkan efek pengaturan baik di sebelah proksimal maupundistal tempat keberadaannya. Sebagai contoh, sebagian protein yang berikatan dalam alur utama atau tambahan dari DNA bentuk B, kemungkinan tidak dapat berikatan dengan bentuk Z. di samping itu, pembalikan bentuk Z menjadi DNA bentuk B, yaitu  suatu peristiwa yang terjadi sebagai akibat hilangnya gugus 5 metil dari 5-metildeoksisitidin, mungkin akan mengakibatkan perbedaan torsional DNA di sebelah distal letak DNA-Z yang sebenarnya.

Adanya DNA-Z dalam kromosom Drosophila (lalat buah), telah dibuktikan dengan menggunakan antibodi yang mengenali dan secara spesifik mengikat DNA-Z. DNA manusia mengandung regio yang potensial membentuk DNA-Z dan tersebar di seluruh genom; pengaruh yang menstabilkan mungkin pula terdapat.

Denaturasi (Peleburan) DNA Digunakan Untuk Menganalisis Strukturnya

Struktur berbenang-ganda dapat dilebur dalam larutan dengan meningkatkan suhu atau menurunkan konsentrasi garam. Dalam peristiwa ini bukan saja 2 tumpukan basa akan dipisahkan, tetapi basa-basa tersebut akan keluar dari tumpukannya sekalipun masih berhubungan dalam polimer melalui tulang punggung fosfodiester. Bersamaan dengan denaturasi molekul DNA ini, terjadi peningkatan absorbansi optik basa purin dan pirimidin; fenomena ini disebut hiperkromisitas denaturasi. Karena penumpukan basa dan pembentukan ikatan hidrogen di antara tumpukan tersebut, molekul DNA berbenang-ganda memperlihatkan sifat-sifat batang yang kaku dan di dalam larutan menjadi bahan viskus yang kehilangan viskositasnya setelah denaturasi.

Benang-benang pada molekul tertentu DNA akan terpisah dalam suatu kisaran suhu. Titik tengah kisaran suhu itu dinamakan suhu peleburan, atau T_m. T_m dipengaruhi oleh komposisi basa DNA dan oleh konsentrasi garam pada larutan. DNA yang kaya akan pasangan G-C dengan 3 ikatan hidrogen akan melebur pada pasangan A-T dengan 2 ikatan hidrogen. Peningkatan konsentrasi kation monovalen sebesar 10 kali lipat, akan meningtkatkan nilai T_m sebesar 16,6°C. formamida, yang lazim digunakan dalam berbagai percobaan DNA rekombinan, meniadakan stabilitas ikatan hidrogen di antara basa dan dengan demikian menurunkan nilai T_m. hal ini memungkinkan pemisahan benang-benang DNA atau hibrida DNA-RNA pada suhu yang jauh lebih rendah dan mengurangi pemutusan benang yang terjadi pada suhu tinggi.

DNA Molekul DNA Terdapat Sejumlah Alur

Pemeriksaan secara cermat terhadap model yang digambarkan dalam gambar 2.4. mengungkapkan adanya alur utama dan alur tambahan yang berputar, di sepanjang molekul, sejajar dengan tulang punggung fosfodiester. Dalam alur ini, protein dapat mengadakan interaksi spesifik dengan atom yang terpapar pada nukleotida (biasanya lewat pembentukan ikatan H), dan dengan demikian mengenali serta mengikat rangkaian nukleotida yang spesifik tanpa mengganggu pembentukan pasangan basa pada molekul DNA bentuk heliks-ganda.

Gambar 2.4. Struktur benang-ganda DNA dan fungsi cetakan pada setiap benang yang tua, dimana benang komplementer yang baru disintesis (dihitamkan).

DNA Terdapat Dalam Bentuk Kendur dan Supercoil

Pada sebagian organisme seperti bakteri, bakteriofag dan banyak virus hewan yang mengandung DNA, ujung-ujung molekul DNA disatukan hingga menciptakan suatu lingkaran tertutup tanpa akhir. Tentu saja bentuk ini tidak akan menghancurkan polaritas molekul tersebut, tetapi menghilangkan semua gugus 3´ serta 5´ hidroksil dan fosforil yang bebas. Lingkaran tertutup terdapat dalam bentuk kendur atau supercoil. Supercoil terbentuk kalau suatu lingkaran tertutup berpuntir di sekeliling sumbunya sendiri atau kalau bagian linier DNA dupleks yang ujungnya terikat terpuntir. Proses yang memerlukan energi ini membuat molekul DNA berada dalam tekanan, dan semakin besar jumlah supercoil, semakin besar tekanan atau torsio. Supercoil negatif dibentuk kalau molekul DNA terpuntir dengan arah yang berlawanan dengan arah jarum jam pada heliks ganda dominasi-kanan yang ditemukan dalam DNA bentuk B. DNA semacam ini dikatakan underwound. Energi yang diperlukan untuk mencapai keadaan ini logikanya akan disimpan dalam supercoil. Pengalihan menjadi bentuk lain yang memerlukan energi dengan demikian diperlancar oleh peristiwa underwinding. Salah satu pengalihan seperti itu adalah proses pemisahan benang, yang merupakan persyaratan bagi replikasi dan transkripsi DNA. Karena itu, DNA supercoil merupakan bentuk DNA yang disukai dalam berbagai sistem biologi. Enzim-enzim yang mengkatalisis perubahan topologi DNA disebut topoisomerase. Topoisemorase dapat mengendorkan atau menyisipkan supercoil. Yang paling khas adalah girase bakterial, yang menimbulkan supercoiling negatif dalam DNA dengan menggunakan ATP sebagai sumber energi.

Fungsi DNA Adalah Untuk Menghasilkan Cetakan Bagi Replikasi dan Transkripsi

Informasi genetik yang disimpan dalam rangkaian nukleotida DNA berfungsi untuk memenuhi dua tujuan. Informasi genetik tersebut merupakan sumber informasi bagi sintesis semua molekul protein pada sel serta organisme, dan juga memberikan informasi yang diwariskan kepada sel-sel anak atau generasi berikutnya. Kedua fungsi ini memerlukan syarat, yaitu molekul DNA harus berfungsi sebagai cetakan, yang dalam hal pertama untuk transkripsi informasi ke dalam RNA, dan dalam hal yang kedua, untuk replikasi informasi ke dalam molekul-molekul DNA turunannya.

Sifat Kimiawi RNA Berbeda Dengan Sifat Kimiawi DNA

Asam ribonukleat (RNA) merupakan polimer ribonukleotida purin dan pirimidin yang dihubungkan menjadi satu lewat jembatan 3´,5´-fosfodiester yang sama seperti di dalam DNA. Meskipun mempunyai banyak sifat yang sama seperti yang dimiliki DNA, RNA memperlihatkan beberapa perbedaan yang khas:

a.    Dalam RNA, moietas gula tempat melekatnya fosfat dan basa purin serta pirimidin adalah ribosa dan bukan 2´-deoksiri-bosa seperti halnya DN

b.    Komponen pirimidin RNA berbeda dengan komponen pirmidin DNA

c.    RNA terdapat sebagai seutas benang tunggal, sedangkan DNA sebagai molekul heliks berbenang–ganda

d.   RNA dapat dihidrolisis oleh alkali

RNA Diorganisasikan Dalam Beberapa Struktur Yang Unik

Dalam semua organisme prokariot dan eukariot, terdapat 3 kelompok utama molekul RNA, yakni:

v messenger RNA (mRNA), kelompok ini mempunyai ukuran dan stabilitas yang paling heterogen. Semua anggota kelompok tersebut berfungsi sebagai pembawa pesan yang menyampaikan informasi dalam suatu gen kepada mesin pembuat protein, di mana masing-masing anggota bertindak sebagi cetakan, dan pada cetakan ini, suatu rangkaian asam-asam amino yang spesifik mengalami polimerisasi hingga berbentuk suatu molekul protein yang spesifik, yakni produk akhir gen.

v ransfer RNA (tRNA), molekul tRNA terdiri dari kurang lebih 75 buah nukleotida. Molekul-molekul tersebut juga dihasilkan lewat pemrosesan molekul prekursor di dalam nukleus. Molekul-molekul tRNA bertindak sebagai penyelaras untuk translasi informasi dalam rangkaian nukleotida mRNA ke dalam asam-asam amino yang spesifik.  

v ribosomal RNA (rRNA), ribosom adalah suatu struktur nucleoprotein sitoplasma yang bertindak sebagai mesin untuk sintesis protein dari cetakan mRNA.  Pada ribosom, molekul-molekul mRNA dan tRNA saling interaksi untuk melakukan translasi ke dalam informasi molekul protein spesifik yang ditranskripsikan dari gen. dalam sitoplasma, tetap stabil dan mampu mengadakan banyak siklus translasi. Fungsi molekul-molekul ribosomal RNA dalam partikel ribosom belum sepenuhnya dipahami, namun diperlukan untuk penyusunan ribosom dan tampaknya memainkan peranan penting dalam pengikatan mRNA pada ribosom serta translasinya.

C.  Asam deoksiribonukleat (DNA)

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. Di antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus tidak termasuk organisme) seperti HIV (Human Immunodeficiency Virus).

a.    Sejarah DNA

DNA pertama kali berhasil dimurnikan pada tahun 1868 oleh ilmuwan Swiss Friedrich Miescher di Tubingen, Jerman, yang menamainya nuclein berdasarkan lokasinya di dalam inti sel. Namun demikian, penelitian terhadap peranan DNA di dalam sel baru dimulai pada awal abad 20, bersamaan dengan ditemukannya postulat genetika Mendel. DNA dan protein dianggap dua molekul yang paling memungkinkan sebagai pembawa sifat genetis berdasarkan teori tersebut.

Dua eksperimen pada dekade 40-an membuktikan fungsi DNA sebagai materi genetik. Dalam penelitian oleh Avery dan rekan-rekannya, ekstrak dari sel bakteri yang satu gagal men-transform sel bakteri lainnya kecuali jika DNA dalam ekstrak dibiarkan utuh. Eksperimen yang dilakukan Hershey dan Chase membuktikan hal yang sama dengan menggunakan pencari jejak radioaktif (bahasa Inggris: radioactive tracers).

Misteri yang belum terpecahkan ketika itu adalah: bagaimanakah struktur DNA sehingga ia mampu bertugas sebagai materi genetik? Persoalan ini dijawab oleh Francis Crick dan koleganya James Watson berdasarkan hasil difraksi sinar X pada DNA oleh Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin.

Pada tahun 1953, James Watson dan Francis Crick mendefinisikan DNA sebagai polimer yang terdiri dari 4 basa dari asam nukleat, dua dari kelompok purina:adenina dan guanina; dan dua lainnya dari kelompok pirimidina:sitosina dan timina. Keempat nukleobasa tersebut terhubung dengan glukosa fosfat.

Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin menemukan bahwa molekul DNA berbentuk heliks yang berputar setiap 3,4 nm, sedangkan jarak antar molekul nukleobasa adalah 0,34 nm, hingga dapat ditentukan bahwa terdapat 10 molekul nukleobasa pada setiap putaran DNA. Setelah diketahui bahwa diameter heliks DNA sekitar 2 nm, baru diketahui bahwa DNA terdiri bukan dari 1 rantai, melainkan 2 rantai heliks.

Crick, Watson, dan Wilkins mendapatkan hadiah Nobel Kedokteran pada 1962 atas penemuan ini. Franklin, karena sudah wafat pada waktu itu, tidak dapat dianugerahi hadiah ini. Konfirmasi akhir mekanisme replikasi DNA dilakukan lewat percobaan Meselson-Stahl yang dilakukan tahun 1958

b.   Struktur DNA

Struktur molekul DNA. Atom karbon berwarna hitam, oksigen merah, nitrogen biru, fosfor hijau, dan hidrogen putih. 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. Di antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus tidak termasuk organisme) seperti HIV (Human Immunodeficiency Virus).

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. Struktur tersebut mereka buat berdasarkan hasil analisis foto difraksi sinar X pada DNA yang dibuat oleh Rosalind Franklin. Karena yang difoto itu tingkat molekul, maka yang tampak hanyalah bayangan gelap dan terang saja.

 

Gambar 2.5.  Foto difraksi sinar X pada DNA (yang di sebelah kanan merupakan hasil foto difraksi Rosalind Franklin) (Sumber : http://principialuis.tumblr.com)

Bayangan foto itu dianalisis sehingga mereka berkesimpulan bahwa molekul DNA merupakan dua benang polinukleotida yang berpilin.

Gambar 2.6.  Crick (kanan) dan Watson (kiri) dengan model molekul DNA nya. (Sumber : http://chem.ucsb.edu)

Berikut merupakan visualisasi dari struktur molekul DNA :

Gambar 2.7. Struktur tiga dimensi molekul DNA (Sumber : www.miqel.com)

Seutas polinukleotida pada molekul DNA tersusun atas rangkaian nukleotida. Setiap nukleotida tersusun atas :

·      Gugusan gula deoksiribosa

·      Gugusan  fosfat yang terikat pada atom C nomor 5 dari gula

·      Gugusan basa nitrogen yang terikat pada atom C nomor 1 dari gula

Ketiga gugus tersebut saling terkait dan membentuk “tulang punggung” 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.

Gambar 2.8. Struktur DNA (Sumber : http://science.howstuffworks.com)

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.

Pada tahun 1947, sebelum ditemukannya struktur molekul DNA, seorang ahli biokimia bernama Erwin Chargaff menganalisis komposisi basa DNA sejumlah organisme yang berbeda. Hasil analisisnya adalah tiap spesies organisme memiliki komposisi DNA yang berbeda-beda. Banyaknya keempat basa nitrogen pada tiap spesies tidak sama, tetapi memiliki perbandingan yang khas. Artinya, tiap spesies memiliki jumlah basa yang khas.

Dalam DNA setiap spesies yang ditelitinya, Chargaff mengemukakan bahwa jumlah adenin sama dengan jumlah timin dan jumlah sitosin sama dengan jumlah guanin. Selain itu, urutan basa dan panjang DNA pada tiap spesies berbeda. Dengan 4 macam  basa dan DNA yang panjang, akan terbentuk berbagai kemungkinan urutan basa. Karena gen tersusun dari urutan basa tertentu, maka jumlah gen pada DNA juga sangat banyak kemungkinannya. Jadi, hanya dengan 4 macam basa akan terbentuk banyak gen yang menentukan sifat individu.

Apabila dilihat dengan mikroskop elektron , maka struktur DNA akan nampak seperti berikut :

Gambar 2.9. Foto DNA yang diambil dengan menggunakan mikroskop elektron. DNA terdiri dari dua utas polinukleotida  yang saling berpilin dengan arah berlawanan. (Sumber : www.dnaandrna.com)

DNA heliks ganda yang panjang juga mempunyai suatu polaritas. Polaritas tersebut dikarenakan salah satu ujung rantai DNA merupakan gugus fosfat dengan rantai karbon 5’ – deoksiribosa pada ujung terminal nukleotidanya. Oleh karena ujung rantai DNA lain merupakan gugus demikian pula, rantai polinukleotida merupakan suatu polaritas atau bidireksionalitas polinukleotida 3’———-5’ dan 5’———3’. Polaritas heliks ganda berlawanan orientasi satu sama lain. Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk heliks ganda berjajar secara antiparalel. Jika digambarkan sebagai berikut :

5’ – ATTGTCGAGG – 3’

3’ – TAACAGSTCC – 5’

c.    Karakteristik Kimia

Struktur untai komplementer DNA menunjukkan pasangan basa (adenina dengan timina dan guanina dengan sitosina) yang membentuk DNA beruntai ganda. DNA merupakan polimer yang terdiri dari tiga komponen utama, yaitu:

1.    gugus fosfat

2.    gula deoksiribosa

3.    basa nitrogen, yang terdiri dari:

Adenina (A)

Guanina (G)

Sitosina (C)

Timina (T)

Gambar 2.10. Struktur untai komplementer DNA menunjukkan pasangan basa (adenina dengan timina dan guanina dengan sitosina) yang membentuk DNA beruntai ganda.

Sebuah unit monomer DNA yang terdiri dari ketiga komponen tersebut dinamakan nukleotida, sehingga DNA tergolong sebagai polinukleotida. Rantai DNA memiliki lebar 22-24 Å, sementara panjang satu unit nukleotida 3,3 Å. Walaupun unit monomer ini sangatlah kecil, DNA dapat memiliki jutaan nukleotida yang terangkai seperti rantai. Misalnya, kromosom terbesar pada manusia terdiri atas 220 juta nukleotida.

Rangka utama untai DNA terdiri dari gugus fosfat dan gula yang berselang-seling. Gula pada DNA adalah gula pentosa (berkarbon lima), yaitu 2-deoksiribosa. Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester antara atom karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. Salah satu perbedaan utama DNA dan RNA adalah gula penyusunnya; gula RNA adalah ribosa.

DNA terdiri atas dua untai yang berpilin membentuk struktur heliks ganda. Pada struktur heliks ganda, orientasi rantai nukleotida pada satu untai berlawanan dengan orientasi nukleotida untai lainnya. Hal ini disebut sebagai antiparalel. Masing-masing untai terdiri dari rangka utama, sebagai struktur utama, dan basa nitrogen, yang berinteraksi dengan untai DNA satunya pada heliks. Kedua untai pada heliks ganda DNA disatukan oleh ikatan hidrogen antara basa-basa yang terdapat pada kedua untai tersebut. Empat basa yang ditemukan pada DNA adalah adenina (dilambangkan A), sitosina (C, dari cytosine), guanina (G), dan timina (T). Adenina berikatan hidrogen dengan timina, sedangkan guanina berikatan dengan sitosina. Segmen polipeptida dari DNA disebut gen, biasanya merupakan molekul RNA.

d.   Fungsi biologis

Replikasi

Pada replikasi DNA, rantai DNA baru dibentuk berdasarkan urutan nukleotida pada DNA yang digandakan. Replikasi merupakan proses pelipatgandaan DNA. Proses replikasi ini diperlukan ketika sel akan membelah diri. Pada setiap sel, kecuali sel gamet, pembelahan diri harus disertai dengan replikasi DNA supaya semua sel turunan memiliki informasi genetik yang sama. Pada dasarnya, proses replikasi memanfaatkan fakta bahwa DNA terdiri dari dua rantai dan rantai yang satu merupakan "konjugat" dari rantai pasangannya. Dengan kata lain, dengan mengetahui susunan satu rantai, maka susunan rantai pasangan dapat dengan mudah dibentuk. Ada beberapa teori yang mencoba menjelaskan bagaimana proses replikasi DNA ini terjadi. Salah satu teori yang paling populer menyatakan bahwa pada masing-masing DNA baru yang diperoleh pada akhir proses replikasi; satu rantai tunggal merupakan rantai DNA dari rantai DNA sebelumnya, sedangkan rantai pasangannya merupakan rantai yang baru disintesis. Rantai tunggal yang diperoleh dari DNA sebelumnya tersebut bertindak sebagai "cetakan" untuk membuat rantai pasangannya.

Proses replikasi memerlukan protein atau enzim pembantu; salah satu yang terpenting dikenal dengan nama DNA polimerase, yang merupakan enzim pembantu pembentukan rantai DNA baru yang merupakan suatu polimer. Proses replikasi diawali dengan pembukaan untaian ganda DNA pada titik-titik tertentu di sepanjang rantai DNA. Proses pembukaan rantai DNA ini dibantu oleh enzim helikase yang dapat mengenali titik-titik tersebut, dan enzim girase yang mampu membuka pilinan rantai DNA. Setelah cukup ruang terbentuk akibat pembukaan untaian ganda ini, DNA polimerase masuk dan mengikat diri pada kedua rantai DNA yang sudah terbuka secara lokal tersebut. Proses pembukaan rantai ganda tersebut berlangsung disertai dengan pergeseran DNA polimerase mengikuti arah membukanya rantai ganda. Monomer DNA ditambahkan di kedua sisi rantai yang membuka setiap kali DNA polimerase bergeser. Hal ini berlanjut sampai seluruh rantai telah benar-benar terpisah.

Proses replikasi DNA ini merupakan proses yang rumit namun teliti. Proses sintesis rantai DNA baru memiliki suatu mekanisme yang mencegah terjadinya kesalahan pemasukan monomer yang dapat berakibat fatal. Karena mekanisme inilah kemungkinan terjadinya kesalahan sintesis amatlah kecil.

e.    Penggunaan DNA dalam teknologi

Ilmuwan forensik dapat menggunakan DNA yang terletak dalam darah, sperma, kulit, liur atau rambut yang tersisa di tempat kejadian kejahatan untuk mengidentifikasi kemungkinan tersangka, sebuah proses yang disebut fingerprinting genetika atau pemrofilan DNA (DNA profiling). Dalam pemrofilan DNA panjang relatif dari bagian DNA yang berulang seperti short tandem repeats dan minisatelit, dibandingkan. Pemrofilan DNA dikembangkan pada 1984 oleh genetikawan Inggris Alec Jeffreys dari Universitas Leicester, dan pertama kali digunakan untuk mendakwa Colin Pitchfork pada 1988 dalam kasus pembunuhan Enderby di Leicestershire, Inggris. Banyak yurisdiksi membutuhkan terdakwa dari kejahatan tertentu untuk menyediakan sebuah contoh DNA untuk dimasukkan ke dalam database komputer. Hal ini telah membantu investigator menyelesaikan kasus lama di mana pelanggar tidak diketahui dan hanya contoh DNA yang diperoleh dari tempat kejadian (terutama dalam kasus perkosaan antar orang tak dikenal). Metode ini adalah salah satu teknik paling tepercaya untuk mengidentifikasi seorang pelaku kejahatan, tetapi tidak selalu sempurna, misalnya bila tidak ada DNA yang dapat diperoleh, atau bila tempat kejadian terkontaminasi oleh DNA dari banyak orang.

D.  Asam Ribonukleat (RNA)

Asam ribonukleat (bahasa Inggris:ribonucleic acid, RNA) senyawa yang merupakan bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok (central dogma) genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein.

a.    Struktur RNA

Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah nukleotida. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus pentosa, dan satu gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus pentosa dari nukleotida yang lain.

Perbedaan RNA dengan DNA terletak pada satu gugus hidroksil cincin gula pentosa, sehingga dinamakan ribosa, sedangkan gugus pentosa pada DNA disebut deoksiribosa. Basa nitrogen pada RNA sama dengan DNA, kecuali basa timina pada DNA diganti dengan urasil pada RNA. Jadi tetap ada empat pilihan: adenina, guanina, sitosina, atau urasil untuk suatu nukleotida.

Selain itu, bentuk konformasi RNA tidak berupa pilin ganda sebagaimana DNA, tetapi bervariasi sesuai dengan tipe dan fungsinya.

b.   Tipe-tipe RNA

RNA hadir di alam dalam berbagai macam/tipe. Sebagai bahan genetik, RNA berwujud sepasang pita (Inggris double-stranded RNA, dsRNA). Genetika molekular klasik mengajarkan, pada eukariota terdapat tiga tipe RNA yang terlibat dalam proses sintesis protein:

1.    RNA-kurir (bahasa Inggris: messenger-RNA, mRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase I.

2.    RNA-ribosom (bahasa Inggris: ribosomal-RNA, rRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase II

3.    RNA-transfer (bahasa Inggris: transfer-RNA, tRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase III

Pada akhir abad ke-20 dan awal abad ke-21 diketahui bahwa RNA hadir dalam berbagai macam bentuk dan terlibat dalam proses pascatranslasi. Dalam pengaturan ekspresi genetik orang sekarang mengenal RNA-mikro (miRNA) yang terlibat dalam "peredaman gen" atau gene silencing dan small-interfering RNA (siRNA) yang terlibat dalam proses pertahanan terhadap serangan virus.

c.    Fungsi RNA

Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA merupakan bahan genetik. Ia berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik, sebagaimana DNA pada organisme hidup lain. 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.

Namun demikian, peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk 'triplet', tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein. Lihat ekspresi genetik untuk keterangan lebih lanjut.

Penelitian mutakhir atas fungsi RNA menunjukkan bukti yang mendukung atas teori 'dunia RNA', yang menyatakan bahwa pada awal proses evolusi, RNA merupakan bahan genetik universal sebelum organisme hidup memakai DNA.

d.   Interferensi RNA

Suatu gejala yang baru ditemukan pada penghujung abad ke-20 adalah adanya mekanisme peredaman (silencing) dalam ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa RNA tidak diterjemahkan (translasi) menjadi protein oleh tRNA. Ini terjadi karena sebelum sempat ditranslasi, mRNA dicerna/dihancurkan oleh suatu mekanisme yang disebut sebagai "interferensi RNA". Mekanisme ini melibatkan paling sedikit tiga substansi (enzim dan protein lain). Gejala ini pertama kali ditemukan pada nematoda Caenorhabditis elegans tetapi selanjutnya ditemukan pada hampir semua kelompok organisme hidup.

E.  Kode Genetik

Sebelum struktur DNA diketahui, diduga bahwa bas purin dan pirimidin merupakan bagian dari molekul DNA yang digunakan untuk menyandi (mengkode) urutan asam amino protein. Hipotesis ini dipikirkan berdasar penyelidikan bahwa DNA dari berbagai spesies mempunyai susunan basa yang berbeda. Juga telah jelas diketahui bahwa kode mungkin tidak sederhana yaitu satu basa mengkode satu asam amino, DNA mengandung hanya 4 jenis basa, sedangkan 20 asam amino digunakan untuk membangun protein. Kita telah mempelajari bahwa ternyata urutan linear basa pada DNA dan kode yang ditemukan pada DNA adalah kode triplet, yaitu setiap asam amino ditentukan oleh kata kode (kodon) yang terdiri dari 3 basa yang berdekatan. Kode triplet dari DNA menggunakan 4-huruf alfabet (A, T, G, dan C) dan akibatnya mempunyai total 64 yaitu (4³) kodon yang berbeda (Tabel 2-1). Enam puluh satu kodon digunakan untuk menyandi 20 asam amino yang digunakan pada sintesis protein.

Kode genetik hampir sangat universal. Kode yang diperlihatkan pada Tabel digunakan oleh sebagian besar prokariot dan kromosom inti kebanyakan eukariot. Genom mitokondria dan menyimpang dari pemakaian umum. Pada DNA mitokondria mamalia, metionin disandi oleh ATG dan ATA triftofan disandi oleh TGA dan TCG, dan AGA dan AGG, yang pada kebanyakan genom menjadi arginim, digunakan untuk menghentikan signal.

Tabel 2-1. Kode genetik (kodon penetap pada DNA)

Posisi Pertama (Ujung 5’)	Posisi Kedua				Posisi Ketiga (Ujung 3’)
T	T	C	A	G
	Phe	Ser	Tir	Sis	T
	Phe	Ser	Tir	Sis	C
	Leu	Ser	Stop	Stop	A
	Leu	Ser	Stop	Trp	G
C	Leu	Pro	His	Arg	T
	Leu	Pro	His	Arg	C
	Leu	Pro	Gin	Arg	A
	Leu	Pro	Gin	Arg	G
A	ile	Thr	Asn	Ser	T
	Ile	Thr	Asn	Ser	C
	Ile	Thr	Lis	Arg	A
	Met	Thr	Lis	Arg	G
G	Val	Ala	Asp	Gli	T
	Val	Ala	Asp	Gli	C
	Val	Ala	Glu	Gli	A
	Val	Ala	Glu	Gli	G

Gambar 2.11. menunjukkan bagaimana urutan basa pada satu utas DNA akan menyandi urutan asam amino dan melukiskan beberapa gambar penting kode. Triplet dibaca secara berurutan dalam arah 5’ ke 3’, mulai dari titik tertentu. Kode adalah jelas (unambiguous); yaitu setiap kodon menentukan hanya satu asam amino. Kodon juga degenerasi; yaitu lebih dari satu kodon dapat menyandi asam amino yang sama contoh menunjukkan bahwa kodon TCT dan AGT keduanya menyandi serin. Kode juga tanpa tanda baca (commales) kodon satu sama lain tidak dipisahkan oleh nukleotidanonkode- dan dengan kekecualian yang jarang terjadi, kode adalah nonoverlapping masing-masing basa pada DNA hanya merupakan bagian dari satu kode. Karena kode tanpa tanda baca dan non-overlapping, dalam rangka membaca informasi, kita harus tahu kelompok 3 nukleotida mana yang merupakan kodon. Dengan perkataan lain, kita harus memilih bingkai kaca (reading frame), Karena kode genetik adalah kode triplet, terdapat 3 kemungkinan bingkai baca pada setiap utas.

Gambar 2.11. Kode genetik tanpa tanda baca, nonoverlapping, jelas dan degenerasi

Degenerasi merupakan salah satu gambaran terpenting dari kode sebab membantu mengurangi efek mutasi (perubahan urutan nukleotida pada DNA) gambar. Bila kode tidak mengalami degenerasi, yaitu bila hanya 20 dari 64 kodon digunakan untuk menentukan asam amino, kebanyakan kodon yang tidak menentukan apa-apa diinterpretasi oleh mesin sintesis protein sebagai signal penghenti. Bila terjadi kasus seperti ini, kebanyakan mutasi dimana satu nukleotida diganti oleh nukleotida lain (subtitusi) akan menghasilkan kodon nonkode (nonsene mutation) dan akan mengakibatkan penghentian rangkaian protein. Kode telah mengalami evolusi sehingga banyak mutasi subtitusi mempunyai efek ringan atau tidak mempunyai efek pada struktur protein persandi. Oleh karena degenarasi kode, banyak perubahan pada posisi ketiga kodon tidak menimbulkan perubahan pada kesandian asam amino (silent mutation). Perubahan nukleotida tunggal lain yang mengakibatkan penggantian satu asam amino oleh asam amino lain (missense mutation) tetapi sering asam amino yang baru mirip dengan asam amino yang diganti –perubahan konservatif. Penyisipan dan penghilangan nukleotida mempunyai efek yang lebih nyata pada persandian protein dibandingkan dengan penggantian (subsitusi). Karena kode tidak mempunyai tanda baca, bila sejumlah nukleotida yang disisipkan atau dihilangkan tidak merupakan kelipatan tiga, bingkai dimana kode dibaca akan berubah (frame shift mutation) dan sebagai kodon yang mengikuti tempat mutasi akan diubah.

Spesies dan individu kemampuan hidupnya tergantung pada kemampuannya mempertahankan salinan bahan genetik tanpa perubahan pada informasi pensandi. Mutasi pada genom dari sel benih mengganggu kemampuan menghasilkan turunan yang dapat hidup terus. Oleh karena itu, mempengaruhi daya hidup spesies. Mutasi pada sel-sel somatik tampaknya berperanan dalam karsinogenesis. Ternyata, informasi bahan genetik secara relatif lambat berubah. Genom manusia dengan pasangan basa DNA 3,5 x 10⁹ hanya memerlukan rata-rata 3 mutasi per generasi sel. Stabilitas yang sangat mengherankan dari genom ini tergantung pada sistem sintesis DNA yang sangat tepat (replikasi dan sejumlah sistem perbaikan DNA yang sangat aktif.

F.   Replikasi

Dulu sebelum struktur DNA diketahui, para ilumuan tertarik pada kemampuan organisme membuat salinan yang layak dari dirinya sendiri, dan kemudian kemampuan sel memproduksi banyak salinan sama précis makromolekul komplek. Spekulasi tentang permasalahan ini terfokus pada konsep template. Template sel seharusnya menjadi permukaan dimana molekul berada dalam susunan yang khusus dan bergabung untuk membentuk makromolekul yangstruktur dan fungsinya unik. Proses replikasi DNA menunjukan contoh biologi pertama dari penggunaan template untuk memandu sintesa makromolekul. Tahun 1940an mengantarkan pada pengetahuan bahwa DNA merupakan molekul genetik, tetapi semuanya berubah ketika James Watson dan Francis Crick menyimpulkan struktur DNA yang menjelaskan bagaimana DNA bekerja sebagai template untuk replikasi dan penyaluran informasi genetic. Satu strand merupakan pelengkap strand yang lain. Aturan keras pasangan basa berarti bahwa penggunaan salah satu strand sebagai templat akan menghasilkan strand lain yang dapat diprediksi susunan complementarinya.

Ciri pokok proses replikasi DNA dan mekanisme yang digunakan enzim yang mengkatalisasi DNA telah menunjukan kesamaan yang identik pada semua organisme. Kesatuan mekanisasi akan menjadi tema utama seperti yang kita proses dari cirri umum proses replikasi pada enzim replikasi E. coli dan akhirnya untuk replikasi eukaryotic.

Replikasi DNA diatur oleh kumpulan aturan pokok

Replikasi DNA dikatakan semikonservatif jika masing-masing strand DNA berlaku sebagai template untuk sintesa strand baru, dua molekul DNA baru akan dihasilkan, masing-masing dengan satu strand baru dan satu strand lama. Proses ini disebut replikasi semikonservatif. Hipotesa tentang replikasi semikonservatif diusulkan oleh Watson dan Crick setelah publikasi paper mereka tentang stuktur DNA; teri tersebut dibuktikan percobaan yang didesign dengan mahir oleh Mattew Meselson dan Franklin Stahl pada tahun 1957 (Gb. 24-2. Meselson dan Stahl menumbuhkan sel E.coli selama beberapa generasi pada medium dimana sumber nitrogen (NH4Cl) mengandung 15N, isotop nitrogen terberat disamping isotop normal, lebih banyak, ringan yakni 14N. DNa yang terisolasi dari sel ini memilika densitas 1%lebih besar dari pada DNA normal DNA[14N]. meskipun ini hanya perbedaan kecil , campuran [15N]DNA berat dengan [14N]DNA ringan dapat dipisahkan dengan sentrifugasi untuk keseimbangan pada garadien densitas klorida sesium.

Sel E.coli yang berkembang pada medium 15N ditransfer ke medium baru yang hanya mengandung isotop 14N, dimana sel-sel tersebut dibiarkan berkembang sampai populasi sel menjadi berlipat ganda. DNA yang terisolasi dari generasi pertama sel membentuk pita tunggal pada gradient CsCl pada posisi yang mengindikasikan bahwa DNA helik ganda dari sel turunan merupakan hibrida yang mengandung satustrand 14N baru dan satu stran 15N inang .

Hasil ini menumbangkan replikasi konservatif, hipotesis lain dimana satu turunan molekul DNA akan terdiri dari dua strand DNa hasil sintesa baru dan yang lainnya akan mengandung dua strand inang, sementara tidak akan dihasilakan molekul DNA hybrid pada percobaan Meselson-Stahl. Hipotesis replikasi semikonservatif kemudianmendukung langkah selanjutnya pada percobaan. Pada medium 14N,sel dibiarkanmengganda, dan produk hasil DNA dari lingkaran kedua replikasi ini menunjukan duapita, satu memiliki densitas yang sama denganDNA ringan dan yang lainnya memilikidensitas DNA hybrid yang diamati sel pertama menggandakan diri.

Replikasi mulai pada dari yang asli dan biasanya berlangsung dua arah

Pertanyaan tentang inang sekarang muncul. Apakah strand inang dilepaskan seluruhnyasebelum masing-masing tereplikasi? Apakah replikasi dimulai padatempat yang acakatau selalu pada point unik tertentu? Setelah inisiasi pada titik tertentu dalam DNA,apakah replikasi berlangsung searah atau dua arah? Indikasi awal menunjukan proseskoordinasi di manastrand inang dilepaskan dan direplikasi diajukan oleh John Cairns menggunakan teknik autoradiograpi. Cairns membuat DNA sel E. coli radiaktif dengan mengembangkannya dalam medium yang mengandung timidin berlabel tritium (3H).

Sintesis DNA berlangsung dengan arah  5’_ 3’ dan semiterputus

Strand DNA yang baru selalu disintesa dengan arah 5’_ 3’ (ujung 5’ dan 3’ strand DNA ). Karena kedua strand DNA anti parallel, strandtersebut bertindak sebagai template yang dibaca dari ujung 3’ kemudian 5’. Jika sintesis strand DNA selalu berlangsung dari arah 5’_ 3’, bagaimana mungkin kedua strand dapat disintesis secara seretntak? Jika dua-duanya disintesis secara berkelanjutanseperti cabang replikasi berpindah, salah satu harus disintesis dengan arah3’_ 5’. Permasalahn ini dipecahkan oleh Reiji Okazaki dan rekan-rekannya pada tahun1960an. Okazaki menemukan bahwa salah satu daristrand DNA baru disintesis dalamlembaran pendek, yang disebut fragmen Okazaki. Hasil ini kemudian membawa pasasebuah kesimpulan bahawa salah satustrand disinstesis secara berkelanjutan dansatunya lagi terputus (Gb. 24-4). Strand yang berkelanjutan atau leading strand adalahstrand yang mana sintesis 5’_ 3’ berlangsung dengan arah yang sama sepertiperpindahan cabang replikasi. Strand teputus atau lagging strand merupakan stranddimana sintesis 5’ _ 3’ berlangsung dengan arah yang berlawanan dengan perpindahancabang. Panjang fragmen Okazaki berkisar dari ratusan samapi ribuan nukleotida, tergantung jenis selnya.

DNA disintesis dengan DNA polymerase

Pencarian enzim yang dapat mensistesis DNA telah dimulai dari tahun 1955 oleh ArthurKornberg dan rekan-rekannya. Penelitian ini membawa pada pemurnian dan pencirianDNA polymerase pada sel E. coli, enzim polipeptida tunggal yang sekarang dikenaldengan sebutan DNA polymerase I (Mr 103.000). kemudian, ditemukan bahwa E. colimengandung skurang-kurangnya dua DNA polymerase yang berbeda , yang akandijelaskan dibawah.Studi mendalam DNA polymerase I mengungkapkan ciri proses DNA sintetis yangdibuktikan secara umum pada semua DNA polymerase. Reksi pokoknya adalahserangan nukleopilik oleh kelompok nukleotida 3’hidroksil pada ujung 3’ strand yang tumbuh di 5’-_-posporus deoxynucleoside 5’-trifospat yang baru masuk . Pirofospat anorganik dihasilkan melalui reaksi tersebut. Persamaan reaksinya adalah: (dNMP)n + dNMP _ (dNMP)n + PPi DNA perpanjangan DNA Dimana dNMP dan dNTP merupakan deoxynucleoside 5’-monofospat dan 5’-trifospat, secara berturut-turut.

Penelitian awal tentang DNA polymerase I membawa kepasa sebuah definisi tentangdua persyaratan sentral untuk DNA polymerase. Pertama, semua DNa polymerasemembutuhkan template (Gb. 24-5). Reaksi polimerisasi dipandu oleh template strandDNA sesuai denga aturan pasangan basa yang diasumsikan oleh Watson dan Crick: dimana terdapat guanine pada template, sitosin ditambahkan pada strand baru, dan sebagainya. Hal ini metupakan penemuan yang beda , tidak hanya karena penemuan ini menghasilkan dasar kimia untuk replikasi DNA semikonservatif, tetapi karena penemuan ini memberikan contoh tentang penggunaan template untuk memandu reaksi biosintetik. Kedua, dibutuhkan primer. Primer merupakan segmen strand baru(pelengkap template)dengan kelompok 3’-hidroksil kemana nukleotida ditambahkan.Ujung 3’ dari primer disebut primer terminus. Dengan kata lain, bagian dari strand baruharus sudak ditempatkan; polymerase hanya dapat menambahkan nukleotida padastrand yang sudah ada sebelumnya. Ini sudah dibuktikan sebagai kasus pada semuaDNA polymerase, dan penemuan ini dilengkapi dengan cerita pengerutan DNA yangmenarik. Tidak ada enzim sintesis DNA dapat memulai sisntesis pada strand DNA baru.

Seperti yang akan kita lihat kemudian pada bab ini, enzim yang mensintesis RNA memiliki kemampuan memulai sintesis, dan akibatnya, primer sering merupakan oligonukleotida RNA. Setelah nukleotida ditambahkan pada strand DNA yang berkembang, DNA polymeraseharus harus dipisahkan atau dihilangkan dari template dan menambahkan nukleotidayang lain. Pemisahan dan penggabungan kembali polymerase dapat membatasikecepatan reaksi keseluruhan, oleh karena itu kecepatan reaksi umumnya bertambahjika polymerase menambahkan nukleotida tambahan tanpa pemisahan pada template. Jumlah nukleotida yang ditambahkan , rata-rata, sebelum polymerase dipisahkan didefinisikan sebagai processivity. DNA polymerase bervariasi dalam hal processivitynya, dengan beberapa penambahan sedikit nukleotida dan penambahan lainnya sebelum pemisahan terjadi.

Polimerasi merupakan rekasi yang menguntungkan secara termodinamik

Pentingnya interaksi nonkovalen dan kovalen dalam proses biokimia. Pembahasan tentang reaksi polimerisasi energetic dapat dilaksanakan jika ada ikatan kovalen. Penyusunan kembali ikatan kovalen yaitu: satu ikatan anhidridposporik (dalam dNTP) dihidrolisis dan dibentuk satu ikatan phospodiester (dalam DNA).hasil ini merupakan perubahan yang tidak terlalu bagus (tak diinginkan) dalam standar energy bebas ( D Gº’=2 kJ/mol)untuk semua reaksi yang ditunjukan padapersamaan 24-1. Hidrolisis pirofospat menjadi 2 molekul fospat anorganik oleehpirofospat yang ada pada sel menghasilkan D Gº’= -30 kJ/mol, dan denganmenggabungkan dua reaksi ini sel mampu menyediakan termodinamika kuat secarapenuh dapa arah polimerisasi, dengan menerima energy sebesar DGº’= -28kJ/mol. Halini sangat penting untuk sel, namundalam kasus ini, ini bukanlah keseluruhan cerita.Jika kalkulasi ini telah lengkap, polymerase cenderung mengkatalisasi degradasi DNA dengan keberadaan hidrolisis pirofospat. Polymerase DNA murni, melangsungkan pilimerisasi secara efisien di dalam vitro dengan ketidakadaan pirofospatase.

Penjelasan  ini: interaksi nonkovalen yang tidak diketahui pada kalkulai di atas memberikan kontribusi termodinamika yang penting untuk reaksi polimerisasi. Setiap nukleotida baru yang ditambahkan pada cincin yang berkembanng dilakukan disana tidak hanya dengan ikatan pospodiester baru tetapi juga dengan ikatan hydrogen pada pasangannya di dalam template dan interaksi penumpukan basa (base stacking) dengan nukleotida yang berdekatan pada cincin yang sama (p. 330). Tambahan energyyang dihasilkan interaksi lemah ganda ini mampu menggerakkan reaksi dalam arah ;polimerisasi.

DNA Polimerase Sangat Akurat

Proses replikasi haru dilaksanakan dengan ketelitian yang tinggi. pada E. coli, kesalahan terjadi hanya satu dari 109 sampai 1010 nukleotida yang ditambahkan. Untuk kromosom E. coli yang mengandung 4,7 x 106 pasangan basa, ini berat kesalahan akan dibuat hanya 1000 sampi 10000 replikasi. Selama polimerisasi, pembedaan anta nukleotida yang benar dan yang tidak benar bergantung pada ikatan hydrogen yang mengkhususkan pasangan yang benar antara basa yang saling melengkapi. Basa yangsalah tidak akan membentuk ikatan hydrogen yang benar dan dapat dihilangkan sebelum ikatan pospodiester terbentuk. Keakuratan reaksi polimerisasi tidak cukup menghitung tingkatan keakuratan pada proses replikasi. Pengukuran dalam vitro secarahati-hati menunjukan bahawa DNA polimerisasi memasukan satu nukleotida yang salahuntuk setiap 104 sampai 105 nukleotida yang benar. Kesalahan ini sering terjadi karenabasa dalam bentuk tautomerik yang tidak biasa (lihat Gb 12-9), membiarkan basa padaikatan hydrogen dengan pasangan yang salah. Tingkat kesalahan kemudian dikurangi dalam vivo dengan mekanisme tambahan enzim.Hakekat mekanisme pada hampir semua DNA polymerase adalah memisahkan aktivitaseksonuklease 3’_5’ yang menyediakan pemeriksaan ganda masing-masing nukleotida setelah ditambahkan. Aktivitas nuclease membiarkan enzim menghilangkan nukleotida yang baru ditambahkan dan cendrung mengkhususkan pada pasangan basa yang salah dipasangkan . Jika nukleotida yang salah telah ditambahkan, translokasipolymerase ke posisi dimana nukleotida berikutnya ditambahkan akan dihalangi.

Aktivitas eksonuklease 3’_5’ menghilangkan kesalahan pemasangan nukleotida, dan polymerase akan dimulai kembali. Aktivitas ini disebut proofreading, aktivitas yang tidak menyederhanakan kemunduran reaksi polimerisasi, karena pirofospat tidak terlibat. Aktivitas polimerisasi dan proofreading DNA polymerase apat diukur secara terpisah. Pengukuran seperti tersebut menunjukan bahwa proofreading meningkatkan keakuratan reaksi polimerisasi dari lipatan 102 sampai 103. Pemisahan basa yang benar dan tidak benar tergantung pada interaksi pasangan basa yang samayang digunkanan selama polimerisasi. Strategi peningkatan kekauratan dengan interaksi nonkovalen yang saling melengkapi untuk pemisahan dua kali dengantahapan yang berurutan sangat umum dalam sintesis informasi yang mengandungmolekul. Strategi yang sama digunakan untuk meyakinkan kekauratan sintesis protein Secara keseluruhan, DNA polymerase melakukan kesalahan setiap 106 samapi 108 basa yang ditambahkan. Keakuratan replikasi sel E. coli yang telah diukur menunjukan tingkatan tinggi. sisa tingkatan akurasinya dihitung dengan sistem enzim terpisah yangmemperbaiki kesalahan pemasangan pasangan basa yang terjadi setelah replikasi. Proses yang disebut perbaikan kesalahan pemasangan (mismatch repair) ini dijelaskan dalam proses perbaikan DNA lainnya di bab ini.

Replikasi DNA membutuhkan banyak faktor enzim dan protein

Kita tahu bahwa replikasi pada E. coli tidak hanya membutuhkan DNA polymerasetetapi juga membutuhkan 20 atau lebih enzim dan protein yang berbeda, yangmasing-masing memiliki tugas. Meskipun belum menjadi sesuatu yang nyata,keseluruhan kompleks telah disebut sistem DNA replicase (DNA Replicase system)atau replisome. Kompleksiti enzim replikasi menunjukan persyaratan yang ditentukanpada saat proses oleh struktur DNA. Kami akan memperkenalkan nbeberapa kelasutama replikasi enzim dengan mempertimbangkan permaslahan yang dipecahkannya.Untuk menambah akses ke strand DNA yakni agar bertindak sebagai template dua inangstrand harus dipisahkan. Hal ini dikerjakan oleh enzim yang disebut Helicases, yang bergerak sepanjang DNA dan memisahkan strand dengan menggunakan energy kimia yang berasal dari ATP. Pemisahan strand membentuk penekatan topoligi pada struktur DNA helix, yang dibebaskan olek aksi topoisomerase. Strand yang terpisah distabilkan dengan ikatan protein-DNA. Primer harus ada atau disintesa sebelum DNA polymerasemensintesis DNA. Primer umumnya menunjukan segment RNA yang dihentikan olehenzim Primases. Akhirnya, Primer RNA harus dihilangkan dan digantikan oleh DNA.Pada E.coli, hal tersebut merupakan salah satu fungsi DNA polymerase I. setelah penghilangan segmen RNA dan pengisian salah satu gap dengan DNA, titik pada bagian belakang DNA dimana terdapat ikatan pospodiester rusak. Kerusakan tersebut,disebut torehan, harus ditutup dengan ezim DNA ligase. Semua proses tersebut harus dikoordinasikan dan diregulasi. Pengaruh dari proses dan enzim tersebut telah dikarakterisasikan pada sistem E. coli.

Replikasi pada sel eukaryotik lebih kompleks

Molekul DNA pada sel eukaryotic lebih luas dari sel eukaryotic pada bakteri dan terorganisir pada struktur nucleoprotein kompleks (kromatin) (Ban 23). Ciri esensialdari replikasi DNA sama denga eukariot dan prokariot. Namun, beberapa variasimenarik pada asas umum yang dijelaskan di atas memberikan pandangan baru tentangregulasi replikasi dan hubungannya dengan lingkaran sel. Origin replikasi disebut ORS (autonomously replicating sequence) telah teridentifikasidan diamati pada yeast. Elemen ARS menjangkau sampai region 300 pasangan basa danmengandung beberapa susunan yang dipelihara yang sangat penting untuk fungsi ARS. Ada hampir 400 elemen ARS pada yeast, dengan kebanyakan kromosom yang memilikibeberapa. Protein yang secara khusus mengikat region ARS telah diidentifikasi padayeast, meskipun fungsinya belum banyak diketahui.

Tingkatan perpindahan cabang replikasi pada eukariot (~50 nukelotida/detik) hanyasepersepuluh yang diamati pada E. coli. Pada tingkatan ini replikasi rata-rata kromosommanusia yang melanjutkan dari origin tunggal akan menghabiskan waktu 500 jam. Namun sebalikanya, replikasi kromosom manusia berlanjut dalam dua arah dari originganda yang ditempati 30.000 samapi 300.000 pasangan basa terpisah. Terkecuali elemen ARS yeast; struktur origin replikasi pada eukaryotic belum diketahui. Karenakromoskm eukaryotic hampir lebih besar secara seragam daripada kromosom bakteri,keberadaan origin ganda pada kromosom eukaryotic merupakan aturan umum.Seperti pada bakteri, ada beberapa tipe DNA polymerase pada sel eukaryotic. Beberapatelah memiliki fungsi khusus sepertireplikasi DNA pada mitokondria. Replikasi intikromosom memerlukan enzim DNA polymerase, yang ada hubunganya dengapolymerase yang lain yaitu DNA polymerase d . DNA polymerase _ merupakansubunit empat enzim dengan struktur dan ciri yang sama pada semua sel eukaryotic.

Salah satu dari subunit tersebut memiliki aktivitas primase. Subunit yang paling luas(Mr~180.000) mengandung aktivitas polimerisasi. DNA polymerase d memiliki duasubunit. Enzim ini menunjukkan asosiasi yang menarik dan stimulasi dengan proteinPCNA (proliferating cell nuclear antigen Mr~29.000) ditemukan pada jumlah yangbanyak dalam nukelus sel yang berkembangbiak. PCNA pada yeastakan berfungsibersama-sama dengan DNA polymerase d dari timus anak sapi dan PCNA timus anaksapi dengan DNA polymerase d yeast, mengajukan konservasi struktur dan fungsidari komponen kunci alat divisi sel pada semua sel eukaryotic. PCNA menunjukanfungsi yang sama dengan subunit _ DNA polymerase III E. coli , yaknimembentuk kelem lingkar yang mempertinggi prosesivas DNA polymerase δ.

DNA polymerase δ , yang memiliki aktivitas eksonuklease proofreading 3’_5’, cenderung melaksanakan sintesis strand leading. DNA polymerase _ memiliki prosesivas rendah, dan denga primase yang terasosiasi, DNA polymerase _ bisa melaksanakan sintesis strand lagging sebagai bagian dari replikasi eukaryotic. Polymerase lain adalah DNA polymerase Î, bisa menggantikan DNA polymerase DNA polymerase d pada situasi tertentu, seprti pada perbaikan DNA. Dua protein kompleks lainnya, RFA dan RFC (RF singkatan dari replication factor), telah dilibatkan dalam replikasi DNA eukaryotic. Dua-duanya ditemukan organisme yang berkisar dari yeast samapi mamalia. RFA merupakan eukaryotic DNA strand tunggal-ikatan protein, dengan fungsi yang sama dengan protein SSB pad E. coli. RFC memudahkan pertemuan kompleks replikasi aktif.

Mekanisme Replikasi DNA

Molekul DNA disintesis oleh DNA polimerase dari deoxyribonucleoside trifosfat (DNTP). Reaksi kimia mirip dengan sintesis RNA untai. Kedua DNA dan RNA polimerase dapat memperpanjang untai asam nukleat hanya dalam 5 'ke 3' arah. Namun, dua untai pada molekul DNA antiparalel. Oleh karena itu, hanya satu untai (strand terkemuka) dapat disintesis terus menerus oleh DNA polimerase. untai lain (lagging strand) disintesis segmen oleh segmen.

 The structure formed by two b subunits of  the E. Struktur dibentuk oleh dua b subunit dari E. coli DNA polymerase III .  This structure can clamp a DNA molecule and slide with the core polymerase along the DNA molecule. coli DNA polimerase III. Struktur ini dapat penjepit molekul DNA dan slide dengan polimerase inti sepanjang molekul DNA.

1. DNA sebagai Materi Genetika

Usaha pencarian materi genetiaka mengarah pada DNA. Peran DNA dalam hereditas pertama kali dilakukan dengan cara meneliti mikroba-mikroba. Seperti yang dilakukan Frederick Griffth yang membuktikan bahwa DNA dapat mentransformasi bakteri dengan melakukan percobaan menggunakan bakteri Streptococus pneumoniae Pembuktian lainnya dengan menggunakan Faga yaitu suatu virus yang menginfeksi bakteri. Percobaan ini dilakukan oleh Hershey dan Chase yang membuktikan bahwa faga menggunakan ujung ekornya untuk menempel pada sel inang dan menyuntikan materi genetiknya. Hal ini menunjukan bahwa adalah DNA, dan bukan protein yang berfungsi sebagai materi genetik faga.

2. Watson dan Crick Menemukan Heliks Ganda dengan Cara Membuat Model-Model yang sesuai dengan Data Sinar-X

Model Watson-Crick menjelaskan aturan-aturan Chragaff. Di mana saja satu untai molekul DNA memiliki sebuah A, untaian pasangannya pasti mempunyai sebuah T. dan sebuah G pada satu untai selalu berpasangan dengan sebuah C pada untai komplementernya. Oleh karena itu, pada DNA dari setiap organisme, banyaknya adenin sama dengan banyakn7ya timim dan banyaknya guanin sama dengan sitosin.

3. Perbaikan DNA

Selama replikasi DNA, pemasangan basa untai-untai DNA yang ada bertindak sebagai cetakan untuk untai komplementer yang baru. Replikasi DNA semikonservatif yaitu di mana molkeul induk membuka gulungannya dan setiap untai kemudian berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis setengah molekul yang baru sesuai dengan aturan-aturan pemasangan basa.

Konsep dasar replikasi DNA adalah:

a.    Sebelum melakukan replikasi, molekul induk mempunyai dua untai DNA komplementer

b.     Langkah pertama dalam replikasi adalah pemisahan kedua untai DNA

c.    Setiap untai yang lama berfungsi sebagai cetakan yang menetukan urutan nukleotida terpasang untai komplementer yang baru yang sesuai

d.   Nukleotida baru tersebut disambung satu sama lain untuk membentuk tulang belakang gula fosfat dari untaian baru

Tiga model replikasi DNA adalah:

a.    Model konservatif yaitu heliks ganda induk tetap dalam keadaan utuh dan salinan kedua yang sama telah dibuat

b.    Model semi konservatif yaitu kedua untai molekul iduk berpisah dan setiap untai berfungsi sebagai cetakan untuk mensintesis komplementer yang baru

c.    Model dispersif yaitu setiap untai dari kedua molekul anak terdiri dari campuran bagian untai lama dan untai yang baru disintesis.

4.    Enzim dan Protein dalam DNA

Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana DNA. Replikasi bermula di pangkal replikasi. Cabang replikasi bentuk-Y terbentuk pada ujung-ujung berlawanan dari gelembung replikasi, di mana kedua untai DNA berpisah. Pemanjangan DNA baru pada cabang replikasi dikatalisis oleh enzim-enzim yang disebut DNA polymerase. DNA polimerase mengkatalisis sintesis untai-untai DNA baru,  3’. Sintesis DNA pada cabang replikasiàbekerja dalam arah 5’  menghasilkan leading strand. Fragmen-fragmen ini kemudian disambung oleh DNA ligase.

Protein-protein yang Membantu Replikasi DNA terdapat dua jenis protein lain yang ikut berperan, diantaranya: helikase dan protein pengikat untai-tunggal. Helikase adalah sejenis enzim yang berfungsi membuka heliks ganda di cabang replikasi, memisahkan kedua untai lama. Selain mengkatalisis enzim juga mengoreksi DNA Selama Replikasinya dan Memperbaiki Kerusakan pada DNA yang ada. Pada perbaikan salah pasang, protein mengoreksi DNA yang bereplikasi dan memperbaiki kesalahan dalam pemasangan basa. Pada perbaikan eksisi, enzim perbaikan membetulkan DNA yang dirusak oleh agen fisis dan kimiawi.

G. Translasi

Pada prokariota yang terdiri dari satu ruang, proses transkripsi dan translasi terjadi bersama-sama. Translasi merupakan proses penerjemahan kodon-kodon pada mRNA menjadi polipeptida. Dalam proses translasi, kode genetic merupakan aturan yang penting. Dalam kode genetic, urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugus tiga - tiga. Setiap gugus tiga disebut kodon. Dalam translasi, kodon dikenali oleh lengan antikodon yang terdapat pada tRNA.

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.

H.  Transkripsi

Transkripsi DNA merupakan proses pembentukan RNA dari DNA sebagai cetakan. Proses transkripsi menghasilkan mRNA, rRNA dan tRNA. Pembentukan RNA dilakukan oleh enzim RNA polymerase. Proses transkripsi terdiri dari 3 tahap yaitu :

Terminasi : terjadi pada tempat tertentu. Proses terminasi transkripsi ditandai dengan terdisosiasinya enzim RNA polymerase dari DNA dan RNA dilepaskan. mRNA pada eukariota mengalami modifikasi sebelum ditranslasi, sedangkan pada prokariota misalnya pada bakteri, mRNA merupakan transkripsi akhir gen. mRNA yang baru ditranskrip ujung 5′nya adalah pppNpN, dimana N adalah komponen basa-gula nukleotida, p adalah fosfat. mRNA yang masak memiliki struktur 7mGpppNpN, dimana 7mG adalah nukleotida yang membawa 7 metil guanine yang ditambahkan setelah transkripsi. Pada ujung 3′ terdapat pNpNpA(pA)npA. Ekor poli A ini ditambahkan berkat bantuan polymerase poli (A). tetapi mRNA yang menyandikan histon, tidak memiliki poli A.

Hasil transkripsi merupakan hasil yang memiliki intron (segmen DNA yang tidak menyandikan informasi biologi) dan harus dihilangkan, serta memiliki ekson yaitu ruas yang membawa informasi biologis. Intron dihilangkan melalui proses yang disebut splicing. Proses splicing terjadi di nukleus.

Splicing dimulai dengan terjadinya pemutusan pada ujung 5′, selanjutnya ujung 5′ yang bebas menempelkan diri pada suatu tempat pada intron dan membentuk struktur seperti laso yang terjadi karena ikatan 5′-2′fosfodiester. Selanjutnya tempat pemotongan pada ujung 3 terputus sehingga dua buah ekson menjadi bersatu.

tRNA adalah molekul adaptor yang membaca urutan nukleotida pada mRNA dan mengubahnya menjadi asam amino. Struktur molekul tRNA adalah seperti daun semanggi yang terdiri dari 5 komponen yaitu

1.    Lengan aseptor: merupakan tempat menempelnya asam amino,

2.    Lengan D atau DHU: terdapat dihidrourasil pirimidin,

3.    Lengan antikodon: memiliki antikodon yang basanya komplementer dengan basa pada mRNA

4.    Lengan tambahan

5.    Lengan TUU: mengandung T, U dan C

BAB III

RANGKUMAN

§  Asam nukleat (bahasa Inggris: nucleic acid) adalah makromolekul biokimia yang kompleks, berbobot molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang mengandung informasi genetik. Asam nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) and Asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus.

§  Struktur asam nukleat yaitu :

1. bentuknya double helix

2. strukturnya nukleotida

3. stiap nukleotida terdiri dari gula pentosa deoksiribosa, gugus fosfat dan basa nitrogen

4. basa nitrogennya terdiri dari :

a. basa purin : A (adenin) dan G (guanin)

b. basa pirimidin : C (cytosine) dan T (timin)

5. stiap pasangan basa nitrogen dihubungkan oleh ikatan hidrogen yang merupakan ikatan kimia lemah

a. pasangan G dan C dihubungkan oleh 3 molekul hidrogen

b. pasangan T dan A dihubungkan oleh 2 molekul hidrogen

§  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. Di antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus tidak termasuk organisme) seperti HIV (Human Immunodeficiency Virus). 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.

§  Asam ribonukleat (bahasa Inggris:ribonucleic acid, RNA) senyawa yang merupakan bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok (central dogma) genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein.

§  Kode genetika merupakan kode yang dibuat untuk menandai informasi genetik yang dibawa oleh DNA kita, dituliskan dalam untaian huruf yang disusun oleh 4 macam basa nukleotida A (Adenin), G (Guanin), C ((C)sitosin) dan T (Timin). Setiap 3 huruf yang berurutan menyandi satu macam asam amino tertentu dan disebut dengan kodon.

§  Transkripsi (bahasa Inggris: transcription) dalam genetika adalah pembuatan RNA dengan menyalin sebagian berkas DNA.  Transkripsi adalah bagian dari rangkaian ekspresi genetik. Pengertian asli "transkripsi" adalah alih aksara atau penyalinan. Di sini, yang dimaksud adalah mengubah "teks" DNA menjadi RNA. Sebenarnya, yang berubah hanyalah basa nitrogen timina di DNA yang pada RNA digantikan oleh urasil.

§   

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2011. Asam deoksiribonukleat. (online), (http:www.wikipedia.com, diakses 18 Maret 2011).

Anonim. 2011. Asam ribonukleat. (online), (http:www.wikipedia.com, diakses 18 Maret 2011).

Anonim. 2011. Asam Nukleat. (online), (http://www. wikipedia.com, diakses 18 Maret 2011).

Colby, Diane S. 1996. Ringkasan Biokimia Harper. EGC, Jakarta.

Desy. 2011. Struktur DNA. (online), (http:www.Learning Biology Can Be Fun.com, diakses 18 Maret 2011).

Diditz. 2011. Replikasi, Traskripsi, Translasi. (online), (http:www.blogspot.com, diakses 18 Maret 2011).

Liana. 2011. Replikasi DNA. (online), (http:www.Learning Biology Can Be Fun.com, diakses 18 Maret 2011).

Martin, David W. 1987. Biokimia (Harper’s review of  Biochemistry) Edisi 20. EGC, Jakarta.

Murray, Robert K. 1990. Biokimia Harper Edisi 22. EGC, Jakarta.

Murray, Robert K. 1999. Biokimia Harper Edisi 24. EGC, Jakarta.

Schumm, Dorothy E. 1993. Intisari Biokimia. Binarupa Aksara, Jakarta.

Yuwono, Triwibowo. 2005. Biologi Molekuler. Erlangga, Yogyakarta.