Sintesis DNA dan RNA pada Prokariotik dan Eukariotik Sabila Robbani, 1306415320, Kelompok Ribosa (HG6)

Abstrak :

Setiap sel makhluk hidup, sel prokariotik maupun sel eukariotik, memiliki kromosom yang merupakan unit kecil sel yang tersusun atas protein dan DNA (Deoxyribonucleic acid ). DNA ini berfungsi sebagai pembawa pesan genetik sehingga dapat mewariskan sifat induk kepada keturunannya. DNA berbentuk untai ganda (double helix) panjang yang tersusun atas polinukleotida atau asam nukleat. DNA dapat mereplikasi dirinya dan mentranskripsi RNA (ribonucleic acid). RNA adalah bagian dari DNA yang berbentuk untai tunggal pendek dan membawa kode genetik. Proses sintesis DNA maupun RNA dalam sel prokariot dan eukariot memiliki persamaan dasar, yaitu melalui tahapan inisiasi, elongasi, dan terminasi. Namun, hal yang membedakan adalah bentuk kromosom, enzim yang digunakan, dan terdapat proses tambahan atau proses yang sedikit berbeda pada eukariotik. Kata kunci : DNA, RNA, sintesis, prokariotik, eukariotik

1. Sintesis DNA pada prokariotik

Pada sel prokariotik, sintesis DNA berlangsung di sitoplasma dengan cara replikasi atau penggandaan diri. Kromosom pada sel prokariotik berbentuk lingkaran yang hanya memiliki origin (pangkal) tunggal yaitu satu bagian DNA yang mempunyai urutan nukleotida yang spesifik. Replikasi DNA berlangsung di replication bubble atau replication eye. Di tempat tersebut terdapat dua cabang replikasi yang saling berlawanan arah dan terdapat pangkal replikasi sbg tempat mulainya replikasi.

Tahap-tahap replikasi DNA :

1. Inisiasi (Permulaan)

Replikasi molekul DNA dimulai pada tempat khusus yang disebut pangkal replikasi (origin of replication). Protein yang memulai replikasi DNA mengenal sekuens ini dan melekat pada DNA kemudian memisahkan kedua DNA dan membuka ‘gelembung’ replikasi. Di gelembung tersebut terdapat cabang disebut garpu replikasi (replication fork) yang berbentuk Y. Protein yang memisahkan dua untai DNA induk dan menjadikannya sebagai untai cetakan adalah enzim helicase. Setelah pemisahan, protein pengikatan beruntai-tunggal (single-strand binding protein) berikatan dengan untai tunggal DNA dan menstabilkan untai tersebut.

Gbr 1. Titik mula replikasi pada sel prokariotik

Pemisahan dua untai DNA induk menyebabkan untai dan tegangan yang lebih ketat di depan garpu replikasi, maka itu untuk mengurangi tegangan dibantu dengan topoisomerase. Selanjutnya, enzim primase mensintesis rantai RNA yang disebut primer. Primase mengawali rantai RNA dari satu nukleotida RNA tunggal, menambahkan nukleotida-nukleotida RNA satu per satu, menggunakan untai DNA induk sebagai cetakan primer.

2. Elongasi (Pemanjangan) Enzim DNA polimerase mengkatalisis sintesis DNA baru dengan cara menambahkan nukleotida-nukleotida ke rantai primer yang telah ada sebelumnya. DNA polimerase yang berperan utama adalah DNA pol I dan DNA pol III. Pada proses pemanjangan ini, terdapat dua untai jenis untai baru yang terbentuk saat replikasi, yaitu untai lamban dan untai maju. Perbedaan ini terjadi karena dalam suatu untai ganda DNA induk bersifat antiparalel,yang berarti memiliki arah yang berlawanan. a) Untai Maju (Leading strand)

Untai DNA baru yang disintesis dengan cara DNA polimerase III menempel pada garpu replikasi di untai cetakan dan terus-menerus menambahkan nukleotida ke untai komplementer baru ke arah 5’ → 3’ sehingga memperpanjang DNA baru. Untuk untai maju hanya membutuhkan satu primer.

b) Untai Lamban (Lagging strand) Untai lamban disintesis dengan cara DNA pol III menambahkan nukleotida ke primer membentuk segmen-segmen pendek yang disebut fragmen Okazaki dengan arah 3’ → 5’. Setiap fragmen Okazaki membutuhkan satu primer tersendiri. DNA pol I menggantikan nukleotida RNA primer menjadi nukleotida DNA. Selanjutnya, enzim DNA ligase menggabungkan semua fragmen Okazaki menjadi untai DNA .

Gbr2. Sintesis leading strand Gbr 3. Sintesis lagging strand

3. Terminasi (Penghentian) Terminasi replikasi akan terjadi jika kedua garpu replikasi bergerak ke arah yang berbeda dan akan bertemu pada sisi terminasi sehingga akan menghasilkan sebuah lingkaran kromosom DNA prokariot yang sama seperti DNA induk.

2. Sintesis RNA pada sel Prokariotik

Sintesis RNA disebut juga sebagai transkripsi RNA. Sintesis RNA sel Prokariotik terjadi di dalam sitoplasma. Terdapat tiga tahapan, yaitu :

1) Inisiasi RNA polimerase secara spesifik dapat mengenali dan berikatan dengan promoter. Promoter merupakan titik mulai transkripsi dan dapat menentukan untai DNA induk mana yang digunakan sebagai cetakan. RNA polimerase berfungsi untuk memisahkan heliks ganda DNA induk dan menggabungkan nukleotida-nukleotida RNA saat membentuk pasangan basa. Enzim ini mampu membuat rantai dari nol sehingga tidak perlu primer.

2) Elongasi RNA polimerase bergerak disepanjang DNA untuk membuka untaian heliks ganda dan menambahkan nukleotida RNA. Setelah untai sintesis RNA terbentuk, molekul RNA yang baru akan melepaskan diri dari cetakan DNA-nya dan heliks ganda terbentuk kembali.

3) Terminasi Transkripsi berlanjut pada suatu sekuens terminator (sekuens yang menandai akhir transkripsi) pada DNA. Terminator yang ditranskripsikan berfungsi sebagai sinyal terminasi sehingga menyebabkan polimerase melepaskan diri dari DNA dan melepaskan transkrip yang bisa digunakan langsung sebagai mRNA.

Gbr 4. Replikasi DNA

3. Sintesis DNA pada sel Eukariotik

Sintesis DNA sel eukariotik dilakukan dengan replikasi yang terjadi didalam nucleus atau inti sel. Kromosom pada sel eukariotik berbentuk linear yang mana tiap kromosomnya mempunyai ratusan atau ribuan pangkal replikasi. Gelembung-gelembung replikasi terbentuk dan akhirnya menyatu sehingga mempercepat penyalinan molekul DNA yang sangat panjang.

Pada dasarnya, proses replikasi DNA pada sel eukariotik tidak jauh berbeda dengan replikasi DNA sel prokariotik. Perbedaan terletak pada proses terminasi :

Gbr 6. Titik mula replikasi sel eukariotik

Gbr 5. Proses Transkripsi

Pada saat replikasi, ada sebagian kecil DNA sel yang tidak dapat direplikasi oleh DN A polimerase. Hal ini terjadi pada DNA kromosom eukariot karena berbentuk linear atau lurus sehingga ujung-ujung molekul DNA semakin pendek dan tidak rata jika menggunakan mekanisme replikasi biasa, sedangkan pemendekan DNA tidak terjadi pada sebagian besar prokariotik karena DNAnya berbentuk melingkar sehingga tidak memiliki ujung. Untuk mencegah hal tersebut, molekul DNA kromosom eukariot memiliki sekuens nukleotida khusus yang disebut telomer dibagian ujung. Telomer ini tidak mengandung gen sehingga berfungsi sebagai pelindung gen-gen organisme dan mencegah ujung tak rata dari molekul anakan.Telomer tidak mencegah pemendekan molekul DNA akibat replikasi, namun hanya menunda pengikisan gen di dekat ujung-ujung molekul DNA.Pada telomer ini terdapat enzim bernama telomerase yang berfungsi untuk mengkatalisis pemanjangan telomer dalam sel-sel nutfah eukariot sehingga mengembalikan panjang awal dan mengompensasi pemendekan yang terjadi selama replikasi DNA.

4. Sintesis RNA pada sel Eukariotik

Untuk sel eukariotik, sintesis RNA terjadi di dalam nukleus. Hal yang membedakan dengan sintesis RNA pada sel prokariotik adalah terdapat tahapan pre-mRNA.

1) inisiasi

Faktor transkripsi memediasi pengikatan RNA polimerase dan inisiasi transkripsi. Setelah faktor transkripsi tertentu melekat pada promoter, RNA polimerase II dapat berikatan dengan promoter sehingga dapat memisahkan heliks ganda DNA dan mulai mentranskripsi. Faktor transkripsi dan RNA polimerase II yang terikat pada promoter yang terjadi dalam kotak TATA disebut kompleks inisiasi transkripsi.

Gbr 7. Pemendekan ujung DNA linear dan telomerase

Gbr 8. Inisiasi transkripsi pada promoter eukariot

2) Elongasi

RNA polimerase bergerak disepanjang DNA untuk membuka untaian heliks ganda dan menambahkan nukleotida RNA. Setelah untai sintesis RNA terbentuk, molekul RNA yang baru akan melepaskan diri dari cetakan DNA-nya dan heliks ganda terbentuk kembali.

3) Terminasi

Pada eukariot, terminasi dilakukan lebih kompleks. Sebelum pesan genetik di dikirim ke sitoplasma, enzim dalam nukleus memproses pre-mRNA.

a) Pengubahan ujung pre-mRNA

Ujung 5’ disintesis dan menerima tudung 5’ (5’ cap), bentuk modifiksi nukleotida guanin yang ditambahkan ke ujung 5’. Ujung 3’ disintesis untuk membentuk ekor poli-A (poly-A tail) dengan cara menambahkan nukleotida adenin. RNA polimerase II mentranskripsi sekuens pada DNA yang disebut sekuens sinyal poliadenilasi yang berfungsi memberi kode suatu sinyal poliadenilasi (AAUAAA) pada pre-mRNA.

b) Penyambungan RNA (RNA splicing)

Pada sekuens nukleotida DNA eukariot, segmen bukan pengode asam nukleat yang terletak diantara pengode disebut sekuens penyela atau intron, sedangkan wilayah lain disebut ekson. Penyambungan dilakukan dengan cara intron dipotong dan dibuang dari molekul, sedangkan ekson digabungkan hingga terbentuk molekul mRNA dengan sekuens pengode tak terputus. Pada proses penyambungan, terdapat sinyal yang merupakan sekuens nukleotida pada tiap intron. snRNP (small nuclear ribonucleoprotein) mengenali sinyal penyambungan ini. snRNP berada di dalam nukleus dan tersusun atas molekul RNA dan protein. Jika beberapa snRNP bergabung dengan beberapa protein, maka dapat membentuk splisosom yang hampir sama besar dengan ribosom. Splisosom berinteraksi dengan sinyal tertentu disepanjang intron, melepaskan intron, dan menggabungkan ekson.

Gbr 9. Penambahan tudung 5’ dan ekor poli-5

Gbr 10. Penyambungan RNA

Kesimpulan

Inti tahapan pada sintesis DNA maupun RNA sama, yaitu inisiasi (permulaan), elongasi (pemanjangan), dan terminasi (penghentian). Hal yang membedakan adalah jenis selnya, yaitu prokariotik dan eukariotik. Kromosom sel prokariotik memiliki bentuk yang melingkar dan terjadi di sitoplasma sehingga proses sintesis DNA maupun RNA tidak terlalu sulit, sedangkan eukariotik memiliki bentuk linear, terjadi di dalam nukleus, dan lebih kompleks komponennya sehingga proses sintesis DNA dan RNA lebih rumit dan lebih lama. Tiap proses sintesis DNA maupun RNA terdapat enzim atau protein yang membantu jalannya sintesis dan memiliki fungsi yang berbeda-beda. Pada eukariotik, lebih banyak jenis enzim yang digunakan untuk mensintesis DNA dan RNA. Pada sintesis DNA, ada proses penambahan pada eukariotik, yaitu telomerase dan pada sintesis RNA, terdapat tahapan pre-mRNA yang berlangsung di dalam nukleus eukariot.

Daftar Pustaka

Campbell, Neil A, Reece, Jane B, dkk. 2011. Biology Ed.9. United States : Pearson

Yuwono, Triwibowo. 2007. Biologi Molekular. Jakarta : Erlangga

Biology exams 4 u. 2014. Steps involved in DNA Replication in Prokaryotes (E.coli). http://www.biologyexams4u.com/2013/04/steps-involved-in-dna-replication-in.html (22 Februari 2015 pukul 12.43)

Gbr 11. snRNP dan splisosom pada penyambungan pre-mRNA