STRUKTUR DNA

DNA

DNA sering disebut asam inti atau asam nukleat. DNA disebut asam inti karena biasanya terdapat didalam nukleus atau inti. akan tetapi, adapula DNA yang terdapat diluar nukleus misalnya didalam kloroplas dan mitokondria.

1.Struktur DNA

DNA terdiri dari dua utas benang polinukleotida yang saling berpilin (double helix=berpilin ganda). Seutas polinukleotida tersusun atas rangkaian nukleotida. Setiap nukleotida tersusun atas:

a.gugusan gula deoxiribosa ( gula pentose yang kehilangan 1 atom oksigen)

b.gugusan asam posfat yang terikat pada atom karbon (C) nomor 5 dari gula

c.Gugusan-gugusan basa nitrogen yang terikat pada atom C nomor 1 dari gula

Basa nitrogen penyusun DNA terdiri dari basa purin, yaitu adenin (A) dan guanin (G) serta basa pirimidin yaitu sitosin (C) dan timin (T). Ikatan gula-basa, disebut nukleosida. Ada 4 macam nukeosida yaitu:

a.ikatan A–gula disebut adenosindeoxiribonukleosida ( Deoxiadenosin)

b.Ikatan G-gula disebut guanosindeoxiribonukleosida (Deoxiguanosin)

c.Ikatan C-gula disebut sitidindeoxiribonukleosida (Deoxisitidin)

d.Ikatan T-gula disebut Timidindeoxinukleosida (deoxitimidin)

Ikatan asam posfat-gula-basa disebut sebagai deoxiribonukleotida atau sering disebut nukleotida. Ada 4 macam deoxiribonukleotida yaitu Adenosin deoxiribonukleotida, Guanosin deoxiribonukleotida, Sitidin deoxiribonukeotida & Timidin deoxiribonukleotida. Jika nukleotida-nukleotida itu membentuk rangkaian maka disebut polinukleotida. DNA terbentuk dari dua utas polinukleotida yang saling berpilin (helix ganda). Basa-basa pada utas yang satu memiliki pasangan tetap dengan basa-basa pada utas yang lain. Basa A selalu berpasangan dengan T, sedangkan basa G selalu berpasangan dengan C. Kedua basa itu dihubungkan dengan ikatan hidrogen. Dengan demikian, utas polinukleotida yang satu merupakan komplemen dari utas polinukleotida yang lain. Dengan kata lain, kedua polinukleotida pada satu DNA saling komplemen.

Model struktur DNA berpilin ganda (Double helix) dikemukakan pertama kali oleh James Watson dan Francis Crick pada tahun 1953, berdasarkan analisis foto sinar x. Oleh karena resolusi foto tersebut pada tingkat molekul maka gambar yang tampak hanyalah bayangan gelapdan terang. Bayangan foto itu dianalisis sehingga mereka berkesimpulan bahwa molekul DNA merupakan dua benang polinukleotida yang berpilin.

2.SIFAT DNA

DNA memiliki sifat sebagai berikut:

a. Di dalam DNA jumlah basa A sama dengan T, dan jumlah basa G sama dengan C. Basa A selalu berpasangan dengan basa T dan basa G selalu berpasangan dengan basa C. Dengan demikian, didalam DNA jumlah basa A sama dengan T dan jumlah basa G sama dengan C.

b. Urutan basa dan panjang DNA tiap spesies berbeda. Urutan basa polinukleotida pada setiap spesies tidak sama. Misalnya, ada spesies yang urutan basanya A-T-T-C-G dan spesies yang lain A-A-A-T-G-C. Begitu pila panjang benang nukleotida tidak sama.

c. Setiap spesies mempunyai jumlah basa berbeda, jika diambil DNA yang sama panjangnya dari dua spesies yang berbeda, maka jumlah basa A,T,G,dan C pada dua DNA tersebut tidak sama. Jadi, setiap spesies memiliki jumlah basa tertentu. Dengan basa nitrogen yang jumlahnya hanya 4 macam (ATGC) dan DNA yang panjang, maka akan terbentuk berbagai kemungkinan urutan basa yang tak terbatas jumlahnya. Oleh 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.

d. DNA merupakan molekul hidup, sifat khas dari DNA adalah dapat menggandakan diri (replikasi). Ini menandakan bahwa DNA merupakan molekul hidup. Benang DNA terdiri dari 2 utas polinukleotida, yang basa–basanya berpasangan. Pada replikasi DNA terjadi proses sebagai berikut :

1. Mula-mula 2 utas polinukleotida itu berpisah. Jembatan hidrogen yang menghubungkan basa-basa komplemen terputus. Terbentuklah masing-masing 1 utas polinukleotida

2. Masing-masing basa pada nukleotida dapt mengikatkan diri pada pasangan basa komplemennya. Bahan baku nukleotida bebas terdapat didalam sel. Jadi, nukleotida dengan basa A akan berikatan dengan nukleotida dengan basa T, Sedangkan nukleotida dengan basa G akan berikatan dengan nukleotida dengan basa C dan seterusnya T berikatan dengan A dan C berikatan dengan G.

3. Nukleotida-nukleotida baru itu, akan bersambungan membentuk polinukleotida yang komplemen dengan polinukleotida lama.

4. Jadi, utas yang lama masing-masing membentuk pasangan baru yang komplemen. Ini berarti bahwa pada peristiwa replikasi tersebut dihasilkan 2 DNA identik, masing–masing DNA terdiri dari utas polinukleotida lama dan utas polinukleotida baru. Peristiwa replikasi itu disebut replikasi semikonservatif.

e. DNA bersifat stabil, DNA bersifat stabil, tidak mudah terurai. Sifat ini untuk mempertahankan sifat sel yang mantap.

f. DNA menyimpan gen, Gen adalah sepenggal DNA yang berfungsi mengontrol sintesis polipeptida. Jadi, disepanjang DNA terdapat fragmen-fragmen DNA yang berperan sebagai gen. Panjang pendeknya gen bervariasi. Panjang pendeknya gen, menentukan panjang pendeknya molekul polipeptida yang dihasilkan. Bahan baku dari polipeptida adalah asam amino. Jumlah asam amino esensial ada 20 macam. Rangkaian asam-asam amino itulah yang merupakan molekul polipeptida. Didalam kompleks golgi, polipeptida akan dimatangkan menjadi protein. Protein yang dihasilkan sel dapat berperan sebagai protein struktural dan protein fungsional

g. Didalam DNA terdapat fragmen berulang. Disepanjang DNA terdapat fragmen-fragmen berulang yang artinya fragmen-fragmen tersebut memiliki urutan basa yanga sama. Fragmen berulang itu ditemukan oleh Reiji okazaki. Jika fragmen berulang itu gen, maka disepanjang benang DNA terdapat banyak fragmen yang berisi gen yang sama. Jadi, satu macam gen terdapat berulang kali dalam benang DNA. Hal ini dimaksudkan agar proses pembacaan gen terjadi secara serentak sehingga proses sintesis polipeptida berlangsung dalam jumlah yang banyak.

Transkripsi DNA Membentuk RNA

Selain mampu melakukan replikasi semikonservatif DNA juga mampu mengkopi dirinya menghasilkan RNA dengan bantuan enzim RNA polimerase. Prosesnya disebut trankripsi DNA (menyalin diri atau mengkopi diri). Caraya adalah sebagai berikut:

1. Enzim RNA polimerase menempel ke suatu bagian DNA yang disebut promoter. Selain itu, 2 utas DNA berpisah. Pemisahan DNA tidak terjadi diseluruh DNA melainkan pada fragmen-fragmen yang berisi gen yang sama.
2. Salah satu untai DNA berfungsi sebagai pencetak atau sense, yang lain tetap sebagai gen atau antisense. Misalnya pencetak memiliki urutan basa G-G-C-T-T-A, sedangkan yang berfungsi sebagai gen memiliki urutan basa komplemen C-C-G-A-A-T. Oleh karena pencetaknya G-G-C-T-T-A maka RNA hasil cetakannya adalah  C-C-G-A-A-U. Coba perhatikan, RNA hasil transkripsi itu, lebih mirip kepada sense atau antisense?  RNA C-C-G-A-A-U merupakan kopi dari C-C-G-A-A-T (gen), dan merupakan komplemen dari pencetak. Perlu diperhatikan bahwa, RNA tidak memiliki basa timin (T) dan sebagai gantinya adalah urasil (U) yang memiliki struktur kimia hampir sama dengan T. Dengan melakukan transkripsi (pengkopian) urutan basa pada gen disalin  menjadi urutan basa pada RNA. Proses ini berlangsung di dalam nukleus, DNA tetap berada didalam nukleus, sedangkan hasil transkripsinya dikeluarkan dari nukleus menuju ke sitoplasma. Ini dimaksudkan agar gen asli tetap terlindungi, sementara hasil kopinya ditugaskan untuk melaksanakan pesan-pesan yang dikandungnya. Pesan-pesan itu berupa urutan basa nitrogen yang ada di RNA. Jika RNA rusak, akan segera diganti dengan hasil kopian yang baru.

RNA (Ribosa Nukleic Acid)

RNA dibentuk oleh DNA melalui proses transkripsi. Berikut akan diuraikan tentang struktur RNA dan macam RNA. Benang RNA merupakan benang polinukleotida tunggal yang tersusun atas:

1.    Gugusan gula yang terdiri dari gula ribosa

2.    Gugusan asam fosfat yang terikat pada atom C nomor 5 dari gula

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

Basa nitrogen RNA tersusun dari:

1.    basa purin, yaitu Adenine( A) dan Guanine (G)

2.    basa pirimidin, yaitu Sitosin (C) dan Urasil (U)

Ada tiga macam RNA utama, yaitu RNA duta (RNA-d), RNA ribosom (RNA-r), dan RNA transfer (RNA-t). Semua RNA tersebut dihasilkan oleh DNA melalui proses transkripsi. Selain itu terdapat juga RNA katalitik yang disebut ribozim. Fungsi ribozim ialah untuk mempercepat reaksi. RNA mudah terurai sehingga sel akan terus memproduksinya.

Berikut ini akan di bahas ketiga macam RNA yaitu:

1. RNA-d pembawa kode genetika

RNA-d (mRNA = messenger RNA) merupakan polinukleotida tunggal berbentuk linier (memanjang) yang mengandung urutan basa tertentu. RNA-d di sintesis di dalam nukleus melalui transkripsi oleh DNA pencetak. RNA-d membawa informasi pengkode menuju ribosom yang merupakan tempat sintesis protein. Molekul RNA-d yang mengandung sejumlah kodon untuk proses penyusunan satu rantai polipeptida dinamakan  satu sistron. RNA-d yang ukurannya cukup panjang, yang berfungsi menyusun beberapa rantai polipeptida, disebut RNA-d polisistronik. Panjang pendeknya RNA-d berhubungan dengan panjang pendeknya rantai polipetida yang akan disusun. Urutan asam amino yang menyusun rantai polipetida itu sesuai dengan urutan kodon yang terdapat di dalam molekul RNA-d yang bersangkutan. Setiap tiga  urutan basa  memiliki fungsi membawa kode genetik atau kodon. Setiap kodon berfungsi memanggil satu macam amino. Semakin banyak macam kodon yang terkandung di dalam RNA-d, akan semakin banyak macam asam amino yang menyusun polipetida yang disintesis. RNA-d yang memiliki kodon sekitar 900-1500 dapat membentuk sebuah rantai polipetida yang rata-rata terdiri atas 300-500 asam amino.

RNA-d sel prokariota dan sel eukariota.

Pada sel-sel prokariota, ukuran RNA-d pendek dan mengalami degradasi (perusakan) dengan cepat. Di dalam bakteri E. coli, misalnya, umur RNA-d rata-rata dua menit, dan setelah itu molekulnya terurai oleh enzim ribonuklease. Inilah yang menjadi sifat khas dari RNA-d, yakni cepat dibuat dan cepat pula diuraikan. RNA-d di dalam sel-sel eukarioa lebih stabil dari pada RNA-d sel-sel prokariota. Umurnya juga lebih panajng hingga mencapai beberapa jam bahkan beberapa hari.

RNA-t Menerjemahkan Sandi Genetika ke Dalam Urutan Basa Polipeptida.

RNA-t adalah RNA pembawa yang berfungsi membawa asam amino yang akan disintesis menjadi polipetida ke dalam ribosom. RNA-t juga berfungsi menenpatkan asam amino di tempat yang tepat pada rantai polipeptida. Kodon yang ada ada RNA-d tidak dapat secara langsung memanggil asam amino untuk dirangkai menjadi polipeptida. Untuk memanggil asam amino, RNA-d dibantu oleh RNA-t yang dapat mengidentifikasi asam amino, mengikatnya dan kemudian mengangkutnya. Jadi tugas  RNA-t  adalah mendatangi kode genetik (kodon) pada RNA-d sambil membawa asam amino yang sesuai.

RNA-t merupakan molekul berukuran kecil, terdiri dari 75-90 unit nukleotida. RNA-t membentuk lipatan karena beberapa basa komplemennya berpasangan, mengakibatkan bentuknya menyerupai daun semanggi. Antikodon merupakan komplemen dari kodon pada RNA-d. Pada sintesis polipetida, RNA-d masuk ke dalam celah ribosom sambil mengeluarkan sandi genetika. Karena adanya kode-kode itu, RNA-t datang ke ribosom sambil membawa asam amino khusus pula. Selanjutnya, asam amino dirangkai hingga menjadi polipetida.

Tahap 1: transkripsi RNA-d

Proses transkripsi ini berlangsung di dalam nukleus. Mula-mula, sebagian dari double helix DNA membuka karena di pengaruhi oleh enzim RNA polymerase. Setelah double helix DNA sebagian membuka, maka RNA-d dibentuk sepanjang salah satu pita DNA itu. Basa pada RNA-d ini komplemen dengan basa penyusun pita DNA itu. Jadi, jika urutan basa pada pita DNA adalah CTCGACTAA, maka urutan basa pada RNA-d adalah GAGCUGAUU. RNA polymerase dapat menambahkan nukleotida hanya memanjang ke satu arah. Urutan nukleotida spesifik di sepanjang DA menandai lokasi dimana transkripsi suatu gen dimulai dan diakhiri. Molekul RNA yang telah menyalin nukleotida dari DNA atau dengan kata lain RNA-d yang telah membawa pesan atau melalui tiga tahap yaitu: inisiasi (permulaan), elongasi (pemanjangan) dan terminasi (penghentian).

a.   Inisiasi (permulaan)

Daerah pada DNA dimana RNA polymerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter. Sebuah promoter merupakan titik awal transkripsi yaitu suatu nukleotida dimana sintesis RNA sebenarnya dimulai. Ketika enzim polymerase terikat pada DNA promoter, kedua untai DNA menyiapkan diri, kemudian proses transkripsi dimulai. Transkripsi hanya terjadi disepanjang rentangan DNA tertentu yang disebut unit transkripsi.

b.       Elongasi (pemanjangan)

Saat enzim RNA polymerase bergerak di sepanjang unit transkripsi DNA, enzim tersebut terus membuka double helix DNA. Kira-kira terdapat 10-20 basa DNA yang berpasangan dengan nukleotida RNA yang terbentuk. Kemudian RNA polymerase menambahkan nukleotida di ujung 3’ molekul RNA. Pada saat sintesis RNA berlangsung, duble helix DNA terbentuk kembali.

c.        Terminasi (penghentian)

Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Yaitu suatu urutan DNA yang berfungsi sebagai penghenti. Setelah selesai, RNA yang terbentuk dilepaskan dari cetakan dan RNA polimerase dilepaskan.

Transkripsi DNA akan menghasilkan RNA, salah satunya ialah RNA-d (RNA-duta). Pada organisme eukariota, RNA–d yang dihasilkan itu tidak langsung dapat berfungsi dalam sintesis polipetida, sebab masih mengandung segmen-segmen yang tidak berfungsi, yang disebut intron. Sedangkan segmen-segmen yang berfungsi untuk sintesis protein disebut ekson.

Di dalam nukleus terjadi pematangan atau pemasakan RNA-d yaitu dengan jalan melepaskan segmen-segmen intron dan merangkaikan segmen-segmen ekson. Gabungan segmen-segmen ekson membentuk satu rantai atau utas RNA-d yang mengandung sejumlah kodon untuk penyusunan polipetida. Rantai RNA-d ini dikenal sebagai sistron.

Tahap 2: Translasi (penerjemahan)

 Dalam proses translasi (translation= penerjemahan), suatu sel menginterpretasi suatu pesan genetik dan membentuk polipetida yang susuai. Pesan yang diterjemahkan berupa serangkaian kodon di sepanjang molekul RNA-d, sedangkan penerjemahnya adalah RNA-t. Fungsi RNA-t adalah mentransfer asam amino-asam amino dari sitoplsma ke ribosom. Ribosom menambahkan tiap asam amino yang dibawa oleh RNA-t ke ujung rantai polipeptida yang sedang memanjang. Ribosom juga memberikan permukaan yang cocok untuk tempat melekatnya RNA-d  dan merakit asam amino menjadi protein.

Asam amino dalam sintesis  polipeptida perlu diaktivasi terlebih dahulu oleh ATP, aktivasi asam amino berlangsung dengan bantuan enzim aminosil RNA-t sintetase. Selain itu, tiap asam amino mengikatkan diri pada RNA-t yang sesuai dengan dibantu oleh enzim spesifik ini juga. Artinya, paling sedikit ada 20 enzim semacam ini di dalam sel, satu enzim untuk tiap asam amino.

RNA-d yang telah ditranskripsi dari DNA, segera meninggalkan nukleus melalui membrane nukleus dan menuju ke ribosom di dalam sitoplasma. Setelah sampai di ribosom, maka 3 nukleotida dari RNA-t yang disebut antikodon berpasangan dengan 3 basa dari RNA-d yang disebut kodon. Misalnya kodon RNA-d UUU yang diterjemahkan (ditranslasi) sebagai asam amino fenialanin akan berpasangan dengan antikodon AAA dari RNA-t yang membawa fenilalanin. Pada saat RNA-d meluncur melalui ribosom, fenilalanin akan ditambahkan pada rantai polipeptida. Informasi genetic akan ditranslasi kodon demi kodon. RNA-t bergantian datang sambil membawa asam amino. Asam amino-asam amino itu ditambahkan pada rantai polipetida sehingga polipetida semakin panjang. RNA-t yang telah melepaskan asam amino, kemabali ke sitoplasma untuk mengulangi fungsinya.