DNA dan RNA

DNA DAN RNA

A.  Pendahuluan

 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 (Geoffrey M. Cooper, 2000).

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 (Geoffrey M. Cooper, 2000).

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 (Geoffrey M. Cooper, 2000).  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 (Geoffrey M. Cooper, 2000).

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 (Geoffrey M. Cooper, 2000).

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 (Geoffrey M. Cooper, 2000).

B. Pembahasan

Asam deoksiribonukleat biasa dikenal dengan DNA adalah tempat penyimpanan informasi genetik. DNA terdapat didalam inti sel (nucleus). Sedangkan RNA atau asam ribonukleat adalah makro molekul yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik (Gustinerz, 2011).

1.    DNA (Deoksiribonukleat Acid)

DNA tersusun atas:

·         Gula 5 karbon (2-deoksiribosa)

·         Gugus fosfat

·         Basa nitrogen yang terdiri dari golongan:
- Purin yaitu (Adenin “A” dan Guanin “G”)
- Pirimidin yaitu (Cyotosin “C” dan Tymin “T”)  (Gustinerz, 2011).

Berikut susunan struktur kimia komponen penyusun DNA :

            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 3,3Å  (Mandelkern M,1981).

            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 (Gregory S, 2006).

      Bentuk DNA adalah rantai double heliks berpilin ke kanan. Dalam DNA terdapat struktur-struktur di atas. Namun, jika diambil 1 lempeng yang mengandung ikatan fosfat, gula dan basa nitrogen, maka lempeng tersebut disebut nukleotida. Jika plat itu hanya basa nitrogen dan gula saja maka disebut nukleosida. Maka, DNA adalah polimer dari nukleotida. Gula deoksiribosa pada DNA merupakan gula lima karbon yang kehilangan 1 atom oksigen. Gula deoksiribosa memegang basa nitrogen pada atom karbon nomor 1, sedangkan atom C nomor 5 berikatan dengan gugus fosfat. Gugus fosfat ini saling berikatan dengan gugus fosfat lainnya membentuk ikatan fosfodiester. Karena DNA merupakan rantai ganda dan atom-atom karbon mempunyai aturan diatas untuk mengikat basa nitrogen dan gugus fosfat maka satu rantai DNA terlihat berdiri tegak sedangkan rantai pasangannya justru terbalik. Maka pada notasi penulisan kode genetik DNA, ditulis 5’-kode genetik-3’, sedangkan untuk rantai pasangannya justru ditulis 3’-kode genetik-5’. Pengaturan ini disebut konfigurasi antiparalel (Gustinerz, 2011).

      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. DNA tersusun dari empat  jenis monomer nukleotida. 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 sitisin(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). Stabilitas DNA heliks ganda ditentukan oleh susunan basa dan ikatan hidrogen yang terbentuk sepanjang rantai tersebut.karena perubahan jumlah hidrogen ini, tidak mengherankan bahwa ikatan C=G memerlukan tenaga yang lebih besar untuk memisahkannya  (Gustinerz, 2011).

      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. Antara mononukleotida satu dengan yang lainnya berhubungan secara kimia melalui ikatan fosfodiester. DNA heliks ganda yang panjangnya juga memiliki suatu polaritas. Polaritas heliks ganda berlawanan orientasi satu sama lain. Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk heliks ganda berjajar secara antipararel (Gustinerz, 2011). Jika digambarkan sebagai berikut :

2.    RNA ( Ribonucleic acid )

RNA ( ribonucleic 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 retrovirus. RNA sebagai penyalur informasi genetik misalnya pada proses translasi untuk sintesis protein. RNA juga dapat berfungsi sebagai enzim  (ribozim) yang dapat mengkalis formasi RNA-nya sendiri atau molekul RNA lain (Gustinerz, 2011).

   Struktur RNA
RNA merupakan rantai tungga polinukleotida. Setiap ribonukleotida terdiri dari tiga gugus molekul, yaitu:
- Gula ribosa,
- Basa nitrogen yang terdiri dari golongan purin (yang sama   dengan DNA) dan golongan pirimidin yang berbeda yaitu sitosin (C) dan Urasil (U), dan
- Gugus fosfat  (Gustinerz, 2011).

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 (Mandelkern M,1981)..

   Tipe RNA

RNA terdiri dari tiga tipe, yaitu :

a.    RNAd
       RNAd merupakan RNA yang urutan basanya komplementer dengan salah satu urutan basa rantai DNA. RNAd membawa pesan atau kode genetik (kodon) dari kromosom (di dalam inti sel) ke ribosom (di sitoplasma). Kode genetik RNAd tersebut kemudian menjadi cetakan utnuk menetukan spesifitas urutan asam amino pada rantai polipeptida. RNAd berupa rantai tunggal yang relatif panjang (Gustinerz, 2011).

b.  RNAr
       RNAr merupakan komponen struktural yang utama di dalam ribosom. Setiap subunit ribosom terdiri dari 30 – 46% molekul RNAr dan 70 – 80% protein (Gustinerz, 2011).

c.  RNAt
       RNAt merupakan RNA yang membawa asam amino satu per satu ke ribosom. Pada salah satu ujung RNAt terdapat tiga rangkaian baa pendek ( disebut 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 (Gustinerz, 2011).

Di bawah ini tabel yang merupakan beberapa perbedaan antara DNA dan RNA :

	DNA	RNA
Gula pentosa	2’-deoxyribosa	Ribosa
Basa purin	Adenine (A)	A
	Guanine (G)	G
Basa pirimidin	Cytosine ( C )	C
	Thymine (T)	Uracil (U)

3.    Replikasi DNA

Replikasi adalah peristiwa sintesis DNA.Saat suatu sel membelah secara mitosis, tiap-tiap sel hasil pembelahan mengandung DNA penuh dan identik seperti induknya.Dengan demikian, DNA harus secara tepat direplikasi sebelum pembelahan dimulai (Gregory S, 2006).

Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai nukleotida baru dari rantai nukleotida lama.Proses komplementasi pasangan basa menghasilkan suatu molekul DNA baru yang sama dengan molekul DNA lama sebagai cetakan (Gregory S, 2006). Kemungkinan terjadinya replikasi dapat melalui tiga model, yaitu:

a.       Model konservatif.
Model ini menyatakan bahwa 2 rantai DNA bereplikasi tanpa memisahkan rantai-rantainya.

b.      Model semi konservatif.
Model ini menyatakan bahwa 2 rantai DNA berpisah kemudian bereplikasi.

c.       Model dispersi.
Model ini menyatakan bahwa DNA terpecah menjadi potongan-potongan yang kemudian bereplikasi. Meselson dan Stahl membuktikan bahwa DNA bereplikasi sesuai model semi-konservatif (Fabio, 2009).

§ Garpu replikasi

Garpu replikasi atau cabang replikasi (replication fork) ialah struktur yang terbentuk ketika DNA bereplikasi. Garpu replikasi ini dibentuk akibat enzimhelikase yang memutus ikatan-ikatan hidrogen yang menyatukan kedua untaian DNA, membuat terbukanya untaian ganda tersebut menjadi dua cabang yang masing-masing terdiri dari sebuah untaian tunggal DNA. Masing- masing cabang tersebut menjadi "cetakan" untuk pembentukan dua untaian DNA baru berdasarkan urutan nukleotida komplementernya. DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan memperpanjang oligonukleotida (RNA ) yang dibentuk oleh enzimprimase dan  disebut primer (Gregory S, 2006).

§ Proses replikasi terbagi atas 3 tahap:

a.       Inisiasi

Replikasi tidak berlangsung pada titik acak pada DNA namun berlangsung pada awal yang disebut tempat awal replikasi. Protein inisiator menempel pada daerah tersebut kemudian berikatan menyebatkan rantai heliks terbuka untuk menunjukkan satu rantai yang digunakan untuk membangun rantai baru (Geoffrey M. Cooper, 2000).

b.      Elongasi

DNA polimerase bertugas untuk memasangkan basa nitrogen baru dengan rantai DNA lama sehingga terbentuklah rantai DNA yang baru. DNA polymerase menambahkan basa-basa baru ke ujung 3 rantai yang ada, kemudian mereka mensintesis dari arah 5’ ke 3’ dengan menyediakan rantai basa pasangan untuk cetakan. Triplet AUG merupakan sinyal untuk memulai proses sintesis, sehingga triplet ini dinamakan kodon start (Geoffrey M. Cooper, 2000).

c.       Terminasi

Replikasi berakhir saat DNA polimerase mengenali daerah basa nitrogen yang diulang-ulang, daerah ini disebut telomer. Maka terbentuklah rantai DNA yang baru (Geoffrey M. Cooper, 2000).

§ Enzim yang terlibat dalam replikasi

1.    Polimerase DNA : enzim yang berfungsi mempolimerisasi nukleotida-nukleotida.

2.    Ligase DNA     :  enzim yang berperan menyambung DNA utas lagging.

3.    Primase DNA : enzim yang digunakan untuk memulai polimerisasi DNA pada lagging strand.

4.    Helikase DNA   : enzim yang berfungsi membuka jalinan     DNA double heliks.

5.    Single strand DNA-binding protein :  menstabilkan  DNA      induk yang terbuka.

4.    Transkripsi

DNA membuka menjadi 2 rantai terpisah. Karena mRNA berantai tunggal, maka salah satu rantai DNA ditranskripsi (dicopy). Rantai yang ditranskripsi dinamakan DNA sense atau template dan kode genetik yang dikode disebut kodogen. Sedangkan yang tidak ditranskripsi disebut DNA antisense/ komplementer. RNA Polimerase membuka pilinan rantai DNA dan memasukkan nukleotida-nukleotida untuk berpasangan dengan DNA sense sehingga terbentuklah rantai mRNA  (Gregory S, 2006).

Tahap transkripsi DNA:

—  Inisiasi : RNA polymerase memisahkan 2 strand DNA dan membaca sekuens basa 1 strand DNA

—  Elongasi : pembacaan sekuens DNA template & polimerisasi RNA

—  Terminasi : RNA polymerase berada di sekuens terminal pada gen dan melepaskan molekul RNA ( mRNA )

5.    Translasi

Translasi merupakan suatu proses sintesis protein yang berlangsung di ribosom. Translasi adalah dimanan terjadi proses penerjemahan kodon-kodon pada mRNA menjadi polipeptida. Urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugus tiga – tiga.  Setiap gugus tiga disebut kodon (Gregory S, 2006).

Dalam translasi, kodon dikenali oleh lengan antikodon yang terdapat pada tRNA. mRNA / RNAd yang sudah terbentuk keluar dari anak inti sel menuju rRNA. Disana mRNA masuk ke rRNA / RNAr diikuti oleh tRNA / RNAt. Ketika antikodon pada tRNA cocok dengan kodon mRNA kemudian rantai bergeser ke tengah. Kodon mRNA berikutnya dicocokkan dengan tRNA kemudian asam amino yang pertama berikatan dengan asam amino kedua. tRNA pertama keluar dari rRNA. Proses ini berlangsung hingga kodon stop, ribosom subunit besar dan kecil terpisah, mRNA dan tRNA keluar dari ribosom. Kodon stop antara lain UAA,UAG,dan UGA (Gregory S, 2006).

Tahap translasi:

1.  Inisiasi

Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unit kecil ke mRNA.  Penempelan terjadi pada tempat tertentu yaitu pada 5’-AGGAGGU-3’, sedang pada eukariot terjadi pada struktur tudung. Ribosom bergeser ke arah 3’ sampai bertemu dengan kodon AUG.  Kodon ini menjadi kodon awal.  Asam amino yang dibawa oleh tRNA awal adalah metionin (Geoffrey M. Cooper, 2000).

2.    Elongasi

Tahap selanjutnya adalah penempelan sub unit besar pada sub unit kecil menghasilkan dua tempat yang terpisah .  Tempat pertama adalah tempat P (peptidil) yang ditempati oleh tRNA yang membawa metionin (Geoffrey M. Cooper, 2000).

Proses elongasi terjadi saat tRNA dengan antikodon dan asam amino yang tepat masuk ke tempat A.  Akibatnya kedua tempat di ribosom terisi, lalu terjadi ikatan peptide antara kedua asam amino. Ikatan tRNA dengan metionin lalu lepas, sehingga kedua asam amino yang berangkai berada pada tempat A.  Ribosom kemudian bergeser sehingga asam amino-asam amino-tRNA berada pada tempat P dan tempat A menjadi kosong. Selanjutnya tRNA dengan antikodon yang tepat dengan kodon ketiga akan masuk ke tempat A, dan proses berlanjut seperti sebelumnya (Geoffrey M. Cooper, 2000).

3.    Terminasi

Proses translasi akan berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA, UAG, UGA. Kodon-kodon ini tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang sesuai (Geoffrey M. Cooper, 2000).

C.   Kesimpulan

Asam deoksiribonukleat biasa dikenal dengan DNA adalah tempat penyimpanan informasi genetik. DNA terdapat didalam inti sel (nucleus). Sedangkan RNA atau asam ribonukleat adalah makro molekul yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik.

Ada 3 model replikasi DNA yaitu model konservatif, model semi konservatif, dan model dispersi. Meselson dan Stahl membuktikan bahwa DNA bereplikasi sesuai model semi-konservatif. Setelah terjadinya replikasi, untuk sintesis protein dilanjutkan dengan transkripsi dan translasi.  Transkripsi merupakan proses pengkopian/penyalinan molekul DNA menjadi utas RNA yang komplementer. Sedangkan translasi adalah dimanan terjadi proses penerjemahan kodon-kodon pada mRNA menjadi polipeptida. Urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugus tiga – tiga.  Setiap gugus tiga disebut kodon.

DAFTAR PUSTAKA

Ø  Geoffrey M. Cooper (2000). The Cell - A Molecular Approach (edisi ke-2). Sunderland (MA): Sinauer Associates. hlm. Gene. ISBN 0-87893-106-6. Diakses pada 21 Oktober 2011.

Ø  Mandelkern M, Elias J, Eden D, Crothers D (1981). "The dimensions of DNA in solution". J Mol Biol

Ø  Gregory S, et. al. (2006). "The DNA sequence and biological annotation of human chromosome 1". Nature 441

Ø  http://gurungeblog.files.wordpress.com/2008/11/dna.gif

Ø  http://gurungeblog.files.wordpress.com/2008/11/rna.gif

Ø  http://mr-fabio2.blogspot.com/2009/02/sintesis-protein.html

Ø  http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/molecular%20biology/dsDNA.jpg

Ø  http://gustinerz.wordpress.com/2011/05/07/dna-dan-rna-sebagai-materi-genetik/