BAB II STRUKTUR ASAM NUKLEATA. DNA SEBAGAI BAHAN GENETIK Studi mengenai 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 disebut nuklein. Selanjutnya pada akhir abad ke-19 telah berhasil dilakukan pemisahan antara DNA (deoxyribonukleat acid) dan RNA (ribonucleic acid) dari protein-protein yang terdapat dalam molekul asam nukleat dalam sel. Pada awal 1930-an, P. Levene, W. Jacobs, dan kawan-kawan menunjukkan bahwa RNA tersusun atas satu gugus gula ribose dan empat basa yang mengandung nitrogen, sementara DNA tersusun atas gugus gula yang berbeda yaitu deoksiribosa. Bagian pertama dari cerita DNA sebagai bahan genetic terjadi pada tahun 1928 di laboratorium yang penelitiannya tidak tertarik dengan masalah hereditas, tetapi tertarik pada masalah vaksin. Frederick Griffith mencoba untuk mengerti perbedaan antara galur-galur Streptococcus pneumonia yang mampu menyebabkann radng paru-paru (disebut sebagai galur virulen) dan galur yang tidak menyebabkan sakit (galur virulen). Galur yang virulen membentuk kapsul yang terbuat dari poliskarida sehingga memberikan penampilan halus (smooth) pada permukaan koloninya. Galur avirulen tidk membentuk kapsul, sehingga koloninya Nampak kasar (rough). Griffith berharap bahwa baik galur virulen yang dipanaskan (sel-selnya mati) atau galur avirulen hidup dpat digunakan sebagi vaksin. Dia mencampur sel-sel virulen yang mati dengan sel-sel avirulen hidup dengan harapan akan diperoleh vaksin yang lebih baik. Campuran tersebut kemudian diinjeksikan pada mencit. Hasilnya mengherankan: ternyata semua mencit yang diberi perlakuan itu menjadi virulen dan mati. Yang menjadi pertanyaan adalah apakah bakteri yang sudah mati, bias hidup lagi menjadi virulen?Atau bagaiamanakah galur avirulen menjadi virulen setelah dicampur dengan bangkai bakteri yang virulen? BIOTEKNOLOGI Page 13

Griffith mengisolasi bakteri virulen yang diperoleh dari tubuh mencit yang mati tersebut ternyata semuanya membentuk kapsul. Fenomena ini menyiratkan adanya substansi yang dipindahkan dari sel-sel mati ke bakteri avirulen hidup sehingga bakteri nonn virulen menjadi virulen. Griffith menyebut substansi tersebut sebagai factor transformasi.

Gambar 5. Eksperimen Transformasi oleh Griffith

Bukti bahwa DNA merupakan bahan yang menyebabkan terjadinya proses transormasi pada S.pneumoniae ditunjukkan oleh eksperimen yang dilakukan oleh Oswald Avery, Collin MacLeod, dan Mackyn McCarty pad tahun 1944. Mereka melakukan eksperimen serupa dengan yang dilakukan oleh Griffith, namun mereka melakukan pengujian lebih lanjut terhadap senyawa yang menyebabkan transformasi S. pneumonie. Mereka melakukan ekstraksi terhadp sel virulen dan kemudian menghilangkan proteinnya. Hasil ekstraksi tersebut kemudian diperlakukan dengan bermacam-macam enzim yang mendegradasi protein (tripsin dan khimotripsin) maupun enzim yang menghancurkan RNA (RNAase). Hasil eksperimen membuktikan bahwa senyawa yang menyebabkan proses transformasi bukanlah RNA. Sebaliknya, ketika ekstrak sel tersebut diperlakukan dengan enzim deoksiribonuklease yang menghancurkan DNA, ternyata kemampuan untuk menyababkan proses

BIOTEKNOLOGI

Page 14

transformasi menjadi hilang. Hasil ini memberikan indikasi bahwa senyawa yang menyebabkan transformasi adalah molekul DNA. Bukti lain yang memperkuat asumsi bahwa senyawa yang menyebabkan proses transformasi adalah DNA ditunjukkan oleh eksperimen yang dilakukann oleh A.D Hershey dan Martha Chase pada tahun 1952. Dalam eksperimen tersebut digunakan bakteriofag T2 yang diketahui hanya terdiri atas protein dan DNA. Untuk membuktikan apakah senyawa yang bertanggung jawab terhadap perubahan sifat suatu sel berupa protein atau DNA, Hershey dan Chase melakukan pelabelan terhadap protein atau DNA. Hershey dan Chase melakukan pelabelan terhadap protein bakteriofag T2 dengan35

S. Selain itu, pada bagian eksperimen yang lain, mereka juga32

melabel DNA bakterifag dengan

P. Bakteriofag yang telah dilabel tersebut

kemudian digunakan untuk meninfeksi bakteri Escherichia coli. Selubung partikel bakterifag yang sudah menginjeksikan DNA-nya ke dalam sel kemudian diambil dan dianalisis. Hasil analisis menunjukkan bahwa sebagian besar protein berlabel tetap ada di luar sel, sedangkan DNA berlabel ada di dalam sel. Hal ini memberikan gambaran yang jelas bahwa senyawa yang masuk ke dalam sel adalah molekul DNA. B. STRUKTUR DNA Struktur molekul DNA pertama kali diungkapkan oleh James Watson dan Francis Crick pada tahun 1953 berdasarkan atas foto difraksi sinar X yang dibuat oleh Rosalind Franklin dan Maurice Wilkins. Berdasar atas data kimia dan fisik, Watson dan Crick membuat model struktur DNA yang disebut double helix (untai ganda). Double helix DNA tersusun oleh dua rantai polinukleotida yang terpilin. Kedua rantai mempunyai orientasi yang 3, berlawanan (antiparalel), rantai yang satu mempunyai orientasi 5 sedangkan rantai yang lain berorientasi 3

5. Kedua rantai tersebut

berikatan dengan adan adya ikatanhidrogen antara basa adenine (A) dengan thymine (T), dan antara guanine (G) dengan cytosine (C). Ikatan A-T berupa dua ikatan hydrogen, sedangkan antara G-C berupa tiga ikatan hydrogen sehingga ikatan G-C lebih kuat (Gambar..). Spesifitas pasangan basa semacam ini disebut sebagai komlementaritas. Proporsi basa A dan T serta G BIOTEKNOLOGI Page 15

dan C selalu sama sehingga komposisi DNA dapat dinyatakan dengan kandungan G + C yang berkisar 26% sampai 74%. Hal ini dikenal sebagai hokum Chargaff. Erwin Chargaff pada tahun 1950 mempublikasikan hasil penelitiannya mengenai komposisi basa DNA pada berbagai jasad hidup.

Gambar 6. Ikatan Hidrogen antar nukleotida

Kerangka gula deoksiribosa dan fosfat yang menyusun DNA terletak di bagian luar molekul, sedangkan basa purin dan pirimidin terletak di sebelah dalam untaian (helix) (Gambar 6). Basa-basa purin dan pirimidin yang berpasangan terletak pada bidang datar yang sama dan tegak lurus terhadap aksis untaian DNA. Diameter untaian DNA adalah 20 Angstrom. Diameter untaian bersifat konstan karena basa purin akan selalu berpasangan dengan basa pirimidin. Pasangan-pasangan basa yang berurutan berjarak 3,4 A satu sama lain dan berotasi sebesar 36A. Struktur untaian berulang setiap 10 basa, atau dengan kata lain ada 10 pasangan basa setiap putaran untaian. Oleh karena kedua rantai DNA tersusun secara antiparalel maka ada konvensi dalam penulisan orientasi DNA. Perlu diingat bahwa pada masingmasing rantai DNA ada ujung 5-fosfat (5-P) dan ujung 3-OH. Molekul DNA BIOTEKNOLOGI Page 16

yang tersusun oleh dua rantai (double stranded) polinukleotida biasanya hanya ditulis salah satu rantainya, misal ATGCAAT CCGG. Dalam penulisan semacam ini ujung sebelah kiri (A) adalah ujung 5-P, sedangkan ujung sebelah kanan (G) adalah ujung 3-OH. Oleh karena itu molekul DNA tersebut dapat ditulis sebagai P-5- ATGCAAT CCGG-3-OH.

Gambar 7. Struktur Double Helix DNA Hasil studi pada berbagai jasad hidup menunjukkan bahwa komposisi basa DNA yang dinyatakan sebagai kandungan G + C sangat bervariasi. Diketahui bahwa [A] = [T] dan [G] = [C], tetapi rasio ([G] + [C])/([A] + [T]) tidak sama antara jasad satu dengan jasad yang lain bervariasi. Semakin tinggi nilai G + C maka semakin sukar molekul untai ganda DNA tersebut dipisahkan. Oleh karena itu jasad-jasad hidup termofilik (jasad yang mampu tumbuh pada suhu tinggi) memiliki kecenderungan kandungan G + C yang tinggi. C. REPLIKASI DNA Mekanisme pewarisan sifat pada taraf molekuler dapat dijelaskan dengan lebih rinci setelah ditemukannya struktur DNA. Struktur DNA memungkinkan kita untuk memahami bagaimana molekul DNA diperbanyak melalui proses replikasi yang hampir tidak pernah salah. Kita dengan mudah dapat membayangkan bahwa satu utas DNA dapat digunakan sebagai template (cetakan) untuk membentuk utas DNA yang baru. Jika suatu sel siap untuk melakukan replikasi bahan genetiknya, maka kedua utas itu dibuka BIOTEKNOLOGI Page 17

(unzipped) untuk memaparkan tiap-tiap basanya. Tiap utas yang terpapar digunakan sebagai template untuk membentuk dua utas yang baru. Hasilnya adalah dua molekul DNA anak yang masing-masing terdiri dari satu utas lama dan satu utas baru, dan keduanya identik dengan DNA induknya. DNA diduplikasi oleh enzim-enzim tertentu yang bekerja sama untuk membuka utasan double helix, menangkap nukleotida, memasangkannya dengan basa yang sesuai pada template, dan membentuk ikatan fosfodiester pada tulang punggung gula fosfat yang baru. Pemain utama dari proteinprotein tersebut adalah DNA polymerase, I enzim yang menggandengkan pasangan basa komplementer dan membentuk ikatan fosfodiester. Beberapa jenis dari enzim untuk replikasi DNA memiliki aktifitas proofreading, yang mampu mendeteksi dan mengoreksi kesalahan pasangan basa yang terjadi selama replikasi. Enzim-enzim yang rajin dan teliti tersebut meyakinkan bahwa akan sangat sedikit kesalahan yang mungkin terjadi sehingga semua informasi genetik dapat ditransmisikan dengan kecapatan tinggi. Secara umum, replikasi bahan genetic merupakan proses pengkopian rangkaian molekul bahan genetic (DNA atau RNA) sehingga dihasilkan molekul anakan yang sangat identik. Sebelum mekanisme replikasi DNA dapat dibuktikan secara

eksperimental oleh Matthew Meselson dan Franklin Stahl (1958), ada tiga hipotesis yang berkembang mengenai mekanisme replikasi DNA. Hipotesis pertama dikenal sebagai model replikasi secara semikonservatif seperti yang dikemukakan oleh Watson dan Crick. Menurut hipotesis ini, setiap molekul untai ganda DNA antu akan terdiri dari atas satu untai tunggal DNA induk dan satu untai tunggal DNA hasil sintesis baru Hipotesis kedua dikenal sebagai model replikasi secara konservatif, molekul DNA untai ganda induk tetap bergabung sedangkan kedua untaian DNA anakan terdiri atas molekul hasil sintesis baru. Hipotesis ketiga yaitu model replikasi secara dispersive menyatakan bahwa molekul DNA induk mengalami fragmentasi sehingga DNA anakan terdiri atas campuran molekul lama (berasal dari DNA induk) dan molekul hasil sintesis baru (Gambar 8).

BIOTEKNOLOGI

Page 18

Gambar 8. Hipotesis mengenai Replikasi DNA

Denaturasi yang terjadi pada saat awal replikasi DNA adalah proses enzimatis. Oleh karena molekul DNA adalah biomolekul yang sangat vital bagi jasad, maka denaturasi terjadi secara parsial dan bertahap. Deanturasi awal terjadi pada bagian DNA yang dikenal sebagai ORI (origin of replication) atau titik awal replikasi. Ikatan hydrogen antara A-T dan C-G akan terputus dan diikuti dengan pembukaan untaian DNA. Untaian DNA membuka membentuk struktur yang disebut sebagai garpu replikasi (replication fork). Garpu replikasi akan bergerak sehingga molekul DNA induk membuka secara bertahap. Masing-masing untaian DNA induk yang sudah terpisah satu sama lain berfungsi sebagai cetakan untuk penempelan nukleotida-nukleotida yang akan menyusun molekul DNA baru. Nukleotida-nukleotida baru akan dipolimerisasi menjadi untaian DNA baru dengan urutan sesuai dengan urutan cetakan DNA komlementernya. Replikasi bahan genetic ditentukan oleh beberapa komponen utama yaitu: 1. DNA cetakan, yaitu model DNA atau RNA yang akan direplikasi.

BIOTEKNOLOGI

Page 19

2. Molekul Deoksi ribonuleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP dan dGTP. Deoksi ribonukleotida terdiri atas tiga komponen yaitu: (i) basa purin atau basa pirimidin, (ii) gula 5-karbon (deoksiribosa), dan (iii) gugus fosfat. 3. Enzim DNA polymerase, yaitu enzim utama yang mengkatalis proses polimerasi nukleotida menjadi untaian DNA. Pada bakteri Escherichia coli terdapat tiga macam DNA polymerase yaitu DNA polymerase I, DNA polymerase II, dan DNA polymerase III. Pada jasad eukaryote terdapat lima macam DNA polymerase yaitu DNA polymerase , DNA polymerase , DNA polymerase , DNA polymerase , dan DNA polymerase . 4. Enzim primase, yaitu enzim yang mengkatalis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA. Pada bakteri E. coli kompleks enzim ini disebut primosom yang terdiri atas beberapa macam protein. 5. Enzim pembuka ikatan untaian DNA induk, yaitu enzim helikase dan enzim lain yang membantu proses tersebut yaitu enzim girase. 6. Molekul protein yang menstabilkan untaian DNA yang sudah terbuka, yaitu protein SSB (single strand binding protein). 7. Enzim DNA ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk

menyambung fragmen-fragmen DNA.

BIOTEKNOLOGI

Page 20

Gambar 9. Garpu Replikasi DNA Replikasi DNA berlangsung dalam beberapa tahap yaitu: (1) denaturasi (pemisahan) untaian DNA induk, (2) peng-awal-an (initiation) sintesis DNA, (3) pemanjangan untaian DNA, (4) ligasi fragmen-fragmen DNA, (5) pengakhiran (terminasi) sintesis DNA. Sintesis untaian DNA yang baru akan dimulai segera setelah kedua untaian DNA induk terpisah membentuk garpu replikasi. Pemisahan kedua untaian DNA induk yang akan direplikasi dilakukan oleh enzim DNA helikase (9). Kedua untaian DNA induk digunakan sebagai cetakan untuk mensisntesis DNA baru. Sintesis DNA berlangsung dengan orientasi 5P -3OH . Oleh karena ada dua untaian DNA cetakan yang orientasinya berlawanan, maka sintesis kedua untaian DNA baru juga berlangsung dengan arah geometris yang berlawanan namun semuanya tetap dengan orientasi 5-3. Keadaan ini menimbulkan perbedaan dalam hal mekanisme sintesis antara kedua untaian DNA yang baru. Dalam proses replikasi, garpu replikasi akan membuka secara

bertahap dimulai dari titik awal replikasi (ori) dan akan bergerak sepanjang DNA cetakan sampai semua molekul DNA induk tereplikasi. Seperti telah disinggung sebelumnya, kedua untaian DNA yang baru disintesis dengan arah geometris yang searah dengan pembukaan garpu replikasi, sedangkan untaian DNA yang lain disintesis dengan arah yang berlawanan. Oleh karena BIOTEKNOLOGI Page 21

itu, sintesis untaian DNA baru yang searah dengan pembentukan garpu replikasi akan dapat dilakukan tanpa terputus (sintesis secara kontinyu) atau disebut leading strand. Sebaliknya, sintesis untaian DNA yang berlawanan arah geometrinya dengan arah pembukaan garpu replikasi dilakukan secara bertahap (sintesis secara discontinue). Hal ini terjadi karena proses polimerasi pada untaian DNA ini hanya dapat dilakukan setelah DNA cetakannya membuka seiring dengan membukanya garpu replikasi. Untaian DNA yang disintesis secara lambat semacam ini disebut untaian DNA lambat (legging strand). Secara umum dapat dikatakan bahwa mekanisme replikasi DNA berlangsung secara semidiskontinue karena ada perbedaan mekanisme dalam proses sintesis kedua untaian DNA. Pada leading strand, polimerisasi DNA berlangsung secara kontinu sehingga molekul DNA baru yang disintesis merupakan satu unit. Sebaliknya, pada legging strand polimerisasi dilakukan fragmen demi fragmen. Fragmenfragmen DNA pendek tersebut pada akhirnya disambung (ligasi) dengan enzim DNA ligase sehingga menjadi unit yang utuh yang disebut fragmen okazaki, yang diungkapkan oleh Reiji Okazaki (1968). Polimerisasi DNA (replikasi DNA) hanya dapat dimulai jika tersedia molekul primer, yaitu suatu molekul yang digunakan untuk mengawali proses polimerisasi untaian DNA. Molekul primer dapat berupa molekul DNA, RNA atau bahkan protein spesifik. Hal ini berbeda dengan proses polimeriasi untaian RNA (transkripsi) yang tidak memerlukan primer. Selain itu, polimerisasi DNA juga mutlak memerlukan cetakan (template) yang dapat berupa untaian DNA atau RNA. Dalam proses replikasi DNA secara in vivo, primer berupa molekul RNA yang berukuran sekitar 10-12 nukleotida. Pada jasad eukaryot yang mempunyai kromosom berupa untaian DNA linier, fungsi primer yang digunakan untuk replikasi ujung kromosom diketahui dilakukan oleh protein khusus. Dalam proses polimerisasi DNA secara in vitro, misalnya amplifikasi DNA dengan teknik Polymerase Chain Reaction (PCR), biasanya digunakan molekul DNA sebagai primer. Fungsi primer adalah menyediakan ujung 3OH yang akan digunakan untuk menempelkan molekul DNA pertama dalam proses polimerisasi. BIOTEKNOLOGI Page 22

Setelah primer disintesis dan menempel pada DNA cetakan, kemudian dilakukan sintesis DNA baru. Molekul primer digunakan untuk menempelkan nukleotida pertama pada untaian DNA baru. Pada proses sintesis untaian DNA lambat (lagging strand) diperlukan lebih dari satu primer. Hal itu disebabkan sintesis DNA berlawanan arah dengan arah pembukaan garpu replikasi sehingga terjadi sintesis secara discontinue. Untaian DNA yang baru disntesis dengan menggunkan DNA cetakan (induk) sebagai acuan sehingga DNA baru bersifat komplementer dengan cetakannya. Jika pada untaian DNA cetakan ada nukleotida A misalnya, maka akan diikatkan nukleotida T pada ujung 3-OH primer, sedang jika pad cetakan ada nukleotida C maka akan diikatkan nukleotida G. Demikian selanjutnya akan dilakukan pengikatan nukleotida-nukletida cetakannya sehingga pada ujung 3-OH yang komplementer DNA dengan Pada terjadi pemanjangan untaian baru.

prokaryot, proses polimerisasi untaian DNA baru tersebut dikatalis oleh enzim DNA polymerase III. Pada untaian DNA lambat, proses polimerisasi akan berlanjut sampai DNA polymerase III bertemu dengan ujung 5-P RNA primer yang menempel pada bagian lain. Pada titik ini DNA polymerase III akan terdisosiasi dari DNA cetakan. RNA primer yang menjadi bagian fragmen Okazaki selanjutnya akan didegradasi oleh aktifitas eksonuklease 5 DNA oleh aktivitas polymerase 5 3 yang ada pada enzim DNA polymerase I. Bagian RNA yang terdegrdasi selanjutnya diisi dengan molekul 3 yang dimiliki oleh DN sA polymerase I. Pada keadaan ini sebenarnya antara fragmen DNA yang satu dengan fragmen DNA yang ada didekatnya masih ada satu celah. Hal ini karena belum ada ikatan fosfodiester antara ujung 3-OH pada nukleotida terakhir yang disintesis oleh DNA polymerase I dengan ujung 5-P fragmen DNA yang ada didekatnya. Celah ini selanjutnya akan diligasi oleh enzim DNA ligase dengan menggunakan NAD atau ATP sebagai sumber energy. Keadaan yang agak berbeda terjadi pada proses sintesis untaian DNA awal (leading strand). Oleh karena arah sintesis untaian DNA awal adalah searah dengan arah pembukaan garpu replikasi, maka sintesis DNA berlangsung secara kontinu. Pada untaian DNA ini hanya diperlukan satu BIOTEKNOLOGI Page 23

molekul primer yaitu pada titik awal replikasi. Selanjutnya untaian DNA baru disintesis dengan adanya aktivitas DNA polymerase III secara continue tanpa ada pembentukan fragmen Okazaki. D. TRANSKRIPSI Transkripsi adalah proses penyalinan kode-kode genetic yang ada pada urutan DNA menjadi molekul RNA. Transkripsi adalah proses yang mengawali ekspresi sifat-sifat genetic yang nantinya akan muncul sebagai fenotip. Urutan nukleotida pada salah satu untaian molekul DNA digunakan sebagai cetakan (template) untuk sintesis molekul RNA yang komplementer. Molekul RNA yang disintesis dalam proses transkripsi pada garis besarnya dapat dibedakan menjadi tiga kelompok molekul RNA, yaitu: (1) mRNA (messenger RNA), (2) tRNA (transfer RNA), dan (3) rRNA (ribosomal RNA). Molekul mRNA adalah RNA yang merupakan salinan kode-kode genetic pada DNA yang dalam proses selanjutnya (translasi) akan diterjemahkan menjadi urutan asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein tertentu. Molekul tRNA adalah RNA yang berperan membawa asam amino spesifik yang akan digabungkan dalam proses sintesis protein (translasi). Molekul rNA adalah RNA yang digunakan untuk menyusun ribosom, yaitu suatu partikel di dalam sel yang digunakan sebagai tempat sintesis protein. Molekul tRNA dan rRNA tidak pernah ditranslasi karena molekul yang digunakan adalah RNA-nya itu sendiri. Pemunculan suatu fenotipe ditentukan oleh ketiga macam molekul RNA tersebut. Mutasi pada gen yang mengkode suatu kelas RNA tertentu dapat mengakibatkan perubahan pada fenotipe yang muncul. Pada proses transkripsi, beberapa komponen utama yang terlibat adalah: (1) urutan DNA yang akan ditranskripsi (template), (2) enzim RNA polymerase, (3) factor-faktor transkrispsi, dan (4) prekusor untuk sintesis RNA. Urutan DNA yang ditranskripsi adalah gen yang akan diekspresikan. Secara garis besar, gen dapat diberi batasan sebagai suatu urutan DNA yang mengkode urutan lengkap asam amino suatu polipeptida atau molekul RNA tertentu. Gen yang lengkap terdiri atas tiga bagian utama, yaitu: (1) daerah pengendali (regulation region) yang secara umum disebut promoter, (2) BIOTEKNOLOGI Page 24

bagian structural, dan (3) terminator. Promoter adalah bagian gen yang berperan dalam mengendalikan proses transkripsi dan terletak pada ujung 5. Bagian structural adalah bagian gen yang terletak di sebelah hilir (down stream) dari promoter. Bagian inilah yang mengandung DNA spesifik (kodekode genetic) yang akan ditranskripsi. Terminator adalah bagian gen yang terletak di sebelah hilir dari bagian structural yang berperan dalam pengakhiran (terminasi) proses transkripsi. Transkripsi dilakukan melalui beberapa tahapan, yaitu: 1. Faktor-faktor yang mengendalikan transkripsi menempel pada bagian promoter. 2. Penempelan complex). 3. RNA polymerase membaca cetakan (DNA template) dan mulai melakukan cetakannya. 4. Setelah terjadi proses pemanjangan untaian RNA hasil sintesis, selanjutnya diikuti dengan proses pengakhiran (terminasi) transkripsi yang ditandai dengan pelepasan RNA polymerase dari DNA yang ditranskripsi. penngikatan nukleotida yang komplementer dengan factor-faktor pengendali transkripsi menyebabkan

terbentuknya kompleks promoter yang terbuka (open promoter

E. TRANSLASI Translasi adalah proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein. Perlu dipahami bahwa hanya molekul mRNA yang ditranslasi, sedangkan rRNA dan tRNA tidak ditranslasi. Molekul mRNA BIOTEKNOLOGI Page 25

merupakan transkrip (salinan) urutan DNA yang menyusun suatu gen dalam bentuk ORF (Open Reading Frame, kerangka baca terbuka). Molekul rRNA adalah salah satu molekul penyusun ribosom, yakni organel tempat berlangsungnya sintesis protein, sedangkan tRNA adalah molekul pembawa asam-asam amino yang akan disambungkan menjadi rantai polipeptida. Suatu ORF dicirikan oleh: (1) kodon inisiasi translasi, yaitu urutan ATG (pada DNA) atau AUG (pada mRNA), (2) serangkaian urutan nukleotida yang menyusun banyak kodon, dan (3) kodon terminasi translasi, yaitu TAA (UAA pada mRNA), TAG (UAA pada mRNA), atau TGA (UGA pada mRNA). Perlu diingat bahwa pada RNA tidak terdapat basa thymine (T) melainkan basa uracil (U). Kodon (kode genetik) adalah urutan nukleotida yang terdiri atas 3 nukleotida berurutan (sehingga sering disebut sebagai triplet kodon) yang menyandi suatu asam amino tertentu, misalnya urutan ATG (AUG pada mRNA) mengkode asam amino metionin. Kodon inisiasi translasi merupakan kodon untuk asam amino metionin yang mengawali struktur suatu polipeptida (protein). Pada prokaryot, asam amino awal tidak berupa metionin tetapi formil metionin (fMet). Kodon pertama (kodon inisiasi) pada E. coli dapat berupa AUG (90% kemungkinan), GUG (8%), atau UUG (1%). Dalam proses translasi, rangkaian nukleotida pada mRNA akan dibaca tiap tiga nukleotida sebagai satu kodon untuk satu asam amino, dan pembacaan dimulai dari urutan kodon metionin (ATG pada DNA atau AUG pada mRNA) (Gambar 10). Translasi berlangsung dalam ribosom. Ribosom disusun oleh molekulmolekul rRNA dan beberapa macam protein. Ribosom tersusun atas dua sub unit, yaitu subunit kecil dan subunit besar. Pada jasad prokaryot, subunit kecil mempunyai koefisien sedimentasi sebesar 30S sedangkan subunit besar berukuran 50S, tetapi pada kedua unit tersebut bergabung, koefisien sedimentasinya adalah 70S. Pada jasad eukaryote, subunit kecil berukuran 40S sedangkan subunit besar berukuran 60S, tetapi sebagai suatu kesatuan, ribosom eukaryote mempunyai koefisien sedimentasi sebesar 80S.

BIOTEKNOLOGI

Page 26

Gambar 10. Proses Pemasangan Asam Amino oleh RIbosom Proses translasi berlangsung melalui tiga tahapan utama, yaitu: (1) inisiasi (initiation), (2) pemanjangan (elongation) poli asam amino, dan (3) pengakhiran (termination) translasi. Sebelum inisiasi translasi dilakukan, diperlukan molekul tRNA (aminoasil tRNA) yang berfungsi membawa asam amino spesifik. Oleh karena itu ada sekitar 20 macam tRNA yang masingmasing membawa asam amino spesifik, karena di alam ada sekitar 20 asam amino yang menyusun protein alami (Gambar). Masing-masing asam amino diikatkan pada tRNA yang spesifik melalui proses yang disebut tRNA charging (penambahan muatan berupa asam amino).

BIOTEKNOLOGI

Page 27

Gambar 11. Terdapat 20 Macam Asam Amino yang Disandikan oleh triplet Kodon.

Sintesis protein merupakan proses yang kompleks yang melibatkan berbagai macam interaksi antara enzim dan molekeul mRNA. Bagaimana suatu ribosom mampu mengenali molekul mRNA dengan molekul mRNA lain di dalam sel? Molekul mRNA tidak hanya mengandung kodon yang diperlukan untuk membuat protein, tetapi juga mengandung sinyal laul lintas untuk ribosom.

BIOTEKNOLOGI

Page 28

ACUAN PUSTAKA Antonius Suwanto, 2002, Bioteknologi, Pusat Penerbit Univ. Terbuka Jakarta. Campbell & Reece. 2010. Biologi. Edisi Ke 8. Jakarta: Erlangga Thieman & Palladino.2004. Introduction to Biotechnology. San Francisco: Benjamin Cummings Yuwono, T.2005. Biologi Molekular. Erlangga: Jakarta

BIOTEKNOLOGI

Page 29