BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Asam nukleat adalah biopolymer yang berbobot molekul tinggi dengan unit

monomernya mononukleotida. Asam nukleat terdapat pada semua sel hidup dan

bertugas untuk menyimpan dan mentransfer genetic, kemudian menerjemahkan

informasi ini secara tepat untuk mensintesis protein yang khas bagi masing-

masing sel. 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.

Pada tahun 1879, Albrecht Kossel menemukan asam nukleat yang tersusun

oleh suatu gugus gula, gugus fosfat, dan gugus basa. Asam nukleat berbentuk

rantai linier yang merupakan gabungan monomer nukleotida sebagai unit

pembangunnya. Molekul ini menyimpan informasi pertumbuhan sel dan

reproduksi.

Monomer nukleotida sebagai struktur primer asam nukleat diperoleh dari hasil

hidrolisis asam nukleat. Proses hidrolisis lebih lanjut dari monomer nukleotida

akan dihasilkan asam fosfat dan nukleosida. Proses hidrolisis ini dilakukan dalam

suasana basa. Jika hidrolisis dilanjutkan kembali terhadap senyawa nukleosida

dalam larutan asam berair akan dihasilkan molekul gula dan basa nitrogen dengan

bentuk heterosiklik.

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimana struktur, macam-macam, dan fungsi asam nukleat?

Apa saja sifat yang dimiliki oleh asam nukleat?

Bagaimana proses sintesis DNA dan RNA?

Bagaimana proses transkripsi dan translokasi?

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Struktur, macam, dan fungsi asam nukleat

Makrobiomolekul ini mempunyai susunan yang sangat unik, yaitu berupa

polimer yang tersusun atas monomer yang disebut nukleotida. Tiap nukleotida

terdiri atas nukleosida dan asam fosfat. Nukleosida terdiri atas gula pentose

(ribose atau deoksiribosa) dan basa nitrogen heterosiklik, yaitu turunan purina

(adenine dan guanine) dan turunan pirimidina (sitosin, urasil, dan timin).

(Sumardjo,2006)

Gambar 1. Struktur Asam Nukleat

Gambar 2. Komponen Asam Nukleat

• Ikatan gula ribosa dengan basa nitrogen (pada atom karbon nomor 1).

• Ikatan gula ribosa dengan gugus fosfat (pada atom karbon nomor 5).

• Gugus hidroksil pada atom karbon nomor 2

Di antara ketiga komponen monomer asam nukleat tersebut di atas, hanya

basa N-lah yang memungkinkan terjadinya variasi. Pada kenyataannya memang

urutan (sekuens) basa N pada suatu molekul asam nukleat merupakan penentu

bagi spesifisitasnya. Dengan perkataan lain, identifikasi asam nukleat dilakukan

berdasarkan atas urutan basa N-nya sehingga secara skema kita bisa

menggambarkan suatu molekul asam nukleat hanya dengan menuliskan urutan

basanya saja.

Nukleotida dan nukleosida

Gambar 3. Nukleotida dan Nukleosida

Penomoran posisi atom C pada cincin gula dilakukan menggunakan tanda

aksen (1’, 2’, dan seterusnya), sekedar untuk membedakannya dengan penomoran

posisi pada cincin basa. Posisi 1’ pada gula akan berikatan dengan posisi 9 (N-9)

pada basa purin atau posisi 1 (N-1) pada basa pirimidin melalui ikatan glikosidik

atau glikosilik (Gambar 2.2).  Kompleks gula-basa ini dinamakan nukleosida.

Di atas telah disinggung bahwa asam nukleat tersusun dari monomer-

monomer berupa nukleotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus

fosfat, sebuah gula pentosa, dan sebuah basa N. Dengan demikian, setiap

nukleotida pada asam nukleat dapat dilihat sebagai nukleosida monofosfat.

Namun, pengertian nukleotida secara umum sebenarnya adalah nukleosida

dengan sebuah atau lebih gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul ATP (adenosin

trifosfat) adalah nukleotida yang merupakan nukleosida dengan tiga gugus fosfat.

Jika gula pentosanya adalah ribosa seperti halnya pada RNA, maka

nukleosidanya dapat berupa adenosin, guanosin, sitidin, dan uridin. Begitu pula,

nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu adenosin monofosfat, guanosin

monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin monofosfat. Sementara itu, jika gula

pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya pada DNA, maka (2’-

deoksiribo)nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin, deoksiguanosin,

deoksisitidin, dan deoksitimidin.

Ikatan fosfodiester

Selain ikatan glikosidik yang menghubungkan gula pentosa dengan basa N,

pada asam nukleat terdapat pula ikatan kovalen melalui gugus fosfat yang

menghubungkan antara gugus hidroksil (OH) pada posisi 5’ gula pentosa dan

gugus hidroksil pada posisi 3’ gula pentosa nukleotida berikutnya. Ikatan ini

dinamakan ikatan fosfodiester karena secara kimia gugus fosfat berada dalam

bentuk diester.

Oleh karena ikatan fosfodiester menghubungkan gula pada suatu nukleotida

dengan gula pada nukleotida berikutnya, maka ikatan ini sekaligus

menghubungkan kedua nukleotida yang berurutan tersebut. Dengan demikian,

akan terbentuk suatu rantai polinukleotida yang masing-masing nukleotidanya

satu sama lain dihubungkan oleh ikatan fosfodiester.

Kecuali yang berbentuk sirkuler, seperti halnya pada kromosom dan plasmid

bakteri, rantai polinukleotida memiliki dua ujung. Salah satu ujungnya berupa

gugus fosfat yang terikat pada posisi 5’ gula uanine. Oleh karena itu, ujung ini

dinamakan ujung P atau ujung 5’.  Ujung yang lainnya berupa gugus hidroksil

yang terikat pada posisi 3’ gula uanine sehingga ujung ini dinamakan ujung OH

atau ujung 3’. Adanya ujung-ujung tersebut menjadikan rantai polinukleotida

linier mempunyai arah tertentu.

Pada pH netral adanya gugus fosfat akan menyebabkan asam nukleat

bermuatan uanine. Inilah uanine pemberian nama ’asam’ kepada molekul

polinukleotida meskipun di dalamnya juga terdapat banyak basa N.

Kenyataannya, asam nukleat memang merupakan anion asam kuat atau

merupakan polimer yang sangat bermuatan uanine.

Sekuens asam nukleat

Telah dikatakan di atas bahwa urutan basa N akan menentukan spesifisitas

suatu molekul asam nukleat sehingga biasanya kita menggambarkan suatu

molekul asam nukleat cukup dengan menuliskan urutan basa (sekuens)-nya saja.

Selanjutnya, dalam penulisan sekuens asam nukleat ada kebiasaan untuk

menempatkan ujung 5’ di sebelah kiri atau ujung 3’ di sebelah kanan. Sebagai

contoh, suatu sekuens DNA dapat dituliskan 5’-ATGACCTGAAAC-3’ atau suatu

sekuens RNA dituliskan 5’-GGUCUGAAUG-3’.

Jadi, spesifisitas suatu asam nukleat selain ditentukan oleh sekuens basanya,

juga harus dilihat dari arah pembacaannya. Dua asam nukleat yang memiliki

sekuens sama tidak berarti keduanya sama jika pembacaan sekuens tersebut

dilakukan dari arah yang berlawanan (yang satu 5’→ 3’, sedangkan yang lain

3’→ 5’).

Gambar 4. Basa Nitrogen

( Susanto, 2012)

Ada dua jenis asam nuklet:

1. DNA (deoxyribonucleid acid)

Asam ini adalah polimer yang terdiri atas molekul-molekul

deoksiribonukleotida yang terikat satu sama lain sehingga membentuk rantai

polinukleotida yang panjang. Molekul DNA yang panjang ini terbentuk oleh

ikatan antara atom C nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul

deoksiribosa dengan perantaraan gugus fosfat. Secara kimia DNA

mengandung karakteri/sifat sebagai berikut:

a. Memiliki gugus gula deoksiribosa.

b. Basa nitrogennya uanine (G), sitosin ©, timin (T) dan uanine (A).

c. Memiliki rantai heliks ganda anti parallel

d. Kandungan basa nitrogen antara kedua rantai sama banyak dan berpasangan

spesifik satu dengan lain. Guanin selalu berpasangan dengan sitosin ( G –

C), dan uanine berpasangan dengan timin (A – T), sehingga jumlah uanine

selalu sama dengan jumlah sitosin. Demikian pula uanine dan timin.

2. RNA (ribonucleid acid)

Asam ribonukleat adalah suatu polimer yang terdiri atas molekul-

molekul ribonukleotida. Seperti DNA asam ribonukleat terbentuk oleh adanya

ikatan antara atom C nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul uanin

dengan perantaraan gugus fosfat. Rumus strukturnya sama dengan gambar

10.2 tetapi gulanya adalah uanin ( atom C nomor 2 mengikat gugus OH) RNA

memiliki sifat spesifik yang berbeda dengan sifat kimia DNA, yakni dalam

hal:

a. Gula pentosanya adalah ribose

b. RNA memiliki ribonukleotida uanine(G), sitosin ©, uanine (A) dan Urasil

(U) pengganti Timin pada DNA.

c. Untai fosfodiesternya adalah untai tunggal yang bisa melipat membentuk

jepit rambut seperti untai ganda.Beda dengan DNA bentuk molekulnya

heliks ganda.

d. Prosentasi kandungan bas tidak harus sama, pasangan uanine tidak harus

sama dengan urasil, dan sitosin tidak harus sama dengan uanine.

Ada tiga jenis RNA yaitu tRNA (transfer RNA), mRNA (messenger RNA)

dan rRNA (ribosomal RNA). Ketiga macam RNA ini mempunyai fungsi

yang berbeda-beda, tetapi ketiganya secara bersama-sama mempunyai

peranan penting dalam sintesis protein.

( Mustofa,2012)

DNA RNA

Gula : deoksiribosa

Basa : AGCT

Untai Ganda

Prokariot : Sitoplasma

Eukariot : Inti

Penyimpan informasi

Gula : Ribosa

Basa : AGCU

Untai Tunggal

Prokariot : sitoplasma

Eukariot : inti dan sitoplasma

Hasil transkripsi

Beberapa fungsi penting asam nukleat adalah menyimpan,

menstransmisi, dan mentranslasi informasi genetik; metabolisme antara

(intermediary metabolism) dan reaksi-reaksi informasi energi; koenzim

pembawa energi; koenzim pemindah asam asetat, zat gula, senyawa amino

dan biomolekul lainnya; koenzim reaksi oksidasi reduksi.

( Mustofa, 2012)

2.2 Sifat – sifat asam nukleat

Sifat-sifat Fisika-Kimia Asam Nukleat

Di bawah ini akan dibicarakan sekilas beberapa sifat fisika-kimia asam

nukleat. Sifat-sifat tersebut adalah stabilitas asam nukleat, pengaruh asam,

pengaruh alkali, denaturasi kimia, viskositas, dan kerapatan apung.

a. Stabilitas asam nukleat

Ketika kita melihat struktur tangga berpilin molekul DNA atau pun

struktur sekunder RNA, sepintas akan nampak bahwa struktur tersebut

menjadi stabil akibat adanya ikatan hidrogen di antara basa-basa yang

berpasangan. Padahal, sebenarnya tidaklah demikian. Ikatan hidrogen di

antara pasangan-pasangan basa hanya akan sama kuatnya dengan ikatan

hidrogen antara basa dan molekul air apabila DNA berada dalam bentuk rantai

tunggal. Jadi, ikatan hidrogen jelas tidak berpengaruh terhadap stabilitas

struktur asam nukleat, tetapi sekedar menentukan spesifitas perpasangan

basa. 

Penentu stabilitas struktur asam nukleat terletak pada interaksi

penempatan (stacking interactions) antara pasangan-pasangan basa.

Permukaan basa yang bersifat hidrofobik menyebabkan molekul-molekul air

dikeluarkan dari sela-sela perpasangan basa sehingga perpasangan tersebut

menjadi kuat. 

b. Pengaruh asam

Di dalam asam pekat dan suhu tinggi, misalnya HClO4 dengan suhu lebih

dari 100ºC, asam nukleat akan mengalami hidrolisis sempurna menjadi

komponen-komponennya. Namun, di dalam asam mineral yang lebih encer,

hanya ikatan glikosidik antara gula dan basa purin saja yang putus sehingga

asam nukleat dikatakan bersifat apurinik.

c. Pengaruh alkali

Pengaruh alkali terhadap asam nukleat mengakibatkan terjadinya

perubahan status tautomerik basa. Sebagai contoh, peningkatan pH akan

menyebabkan perubahan struktur guanin dari bentuk keto menjadi bentuk

enolat karena molekul tersebut kehilangan sebuah proton. Selanjutnya,

perubahan ini akan menyebabkan terputusnya sejumlah ikatan hidrogen

sehingga pada akhirnya rantai ganda DNA mengalami denaturasi. Hal yang

sama terjadi pula pada RNA. Bahkan pada pH netral sekalipun, RNA jauh

lebih rentan terhadap hidrolisis bila dibadingkan dengan DNA karena adanya

gugus OH pada atom C nomor 2 di dalam gula ribosanya.

d. Denaturasi kimia

Sejumlah bahan kimia diketahui dapat menyebabkan denaturasi asam

nukleat pada pH netral. Contoh yang paling dikenal adalah urea (CO(NH2)2)

dan formamid (COHNH2). Pada konsentrasi yang relatif tinggi, senyawa-

senyawa tersebut dapat merusak ikatan hidrogen. Artinya, stabilitas struktur

sekunder asam nukleat menjadi berkurang dan rantai ganda mengalami

denaturasi.

e. Viskositas

DNA kromosom dikatakan mempunyai nisbah aksial yang sangat tinggi

karena diameternya hanya sekitar 2 nm, tetapi panjangnya dapat mencapai

beberapa sentimeter. Dengan demikian, DNA tersebut berbentuk tipis

memanjang. Selain itu, DNA merupakan molekul yang relatif kaku sehingga

larutan DNA akan mempunyai viskositas yang tinggi. Karena sifatnya itulah

molekul DNA menjadi sangat rentan terhadap fragmentasi fisik. Hal ini

menimbulkan masalah tersendiri ketika kita hendak melakukan isolasi DNA

yang utuh.

f. Kerapatan apung

Analisis dan pemurnian DNA dapat dilakukan sesuai dengan kerapatan

apung (bouyant density)-nya. Di dalam larutan yang mengandung garam pekat

dengan berat molekul tinggi, misalnya sesium klorid (CsCl) 8M, DNA

mempunyai kerapatan yang sama dengan larutan tersebut, yakni sekitar 1,7

g/cm3.  Jika larutan ini disentrifugasi dengan kecepatan yang sangat tinggi,

maka garam CsCl yang pekat akan bermigrasi ke dasar tabung dengan

membentuk gradien kerapatan. Begitu juga, sampel DNA akan bermigrasi

menuju posisi gradien yang sesuai dengan kerapatannya. Teknik ini dikenal

sebagai sentrifugasi seimbang dalam tingkat kerapatan (equilibrium

density gradient centrifugation) atau sentrifugasi isopiknik.

Oleh karena dengan teknik sentrifugasi tersebut pelet RNA akan berada di

dasar tabung dan protein akan mengapung, maka DNA dapat dimurnikan baik

dari RNA maupun dari protein. Selain itu, teknik tersebut juga berguna untuk

keperluan analisis DNA karena kerapatan apung DNA (ρ) merupakan fungsi

linier bagi kandungan GC-nya.  Dalam hal ini,  ρ = 1,66 + 0,098% (G + C).

Sifat-sifat Spektroskopik-Termal Asam Nukleat

Sifat spektroskopik-termal asam nukleat meliputi kemampuan absorpsi sinar

UV, hipokromisitas, penghitungan konsentrasi asam nukleat, penentuan

kemurnian DNA, serta denaturasi termal dan renaturasi asam nukleat. Masing-

masing akan dibicarakan sekilas berikut ini.

a. Absorpsi UV

Asam nukleat dapat mengabsorpsi sinar UV karena adanya basa nitrogen

yang bersifat aromatik; fosfat dan gula tidak memberikan kontribusi dalam

absorpsi UV. Panjang gelombang untuk absorpsi maksimum baik oleh DNA

maupun RNA adalah  260 nm atau dikatakan λmaks = 260 nm. Nilai ini jelas

sangat berbeda dengan nilai untuk protein yang mempunyai λmaks = 280 nm. 

Sifat-sifat absorpsi asam nukleat dapat digunakan untuk deteksi, kuantifikasi,

dan perkiraan kemurniannya.

b. Hipokromisitas

Meskipun λmaks untuk DNA dan RNA konstan, ternyata ada perbedaan

nilai yang bergantung kepada lingkungan di sekitar basa berada. Dalam hal

ini, absorbansi pada λ 260 nm (A260) memperlihatkan variasi di antara basa-

basa pada kondisi yang berbeda. Nilai tertinggi terlihat pada nukleotida yang

diisolasi, nilai sedang diperoleh pada molekul DNA rantai tunggal (ssDNA)

atau RNA, dan nilai terendah dijumpai pada DNA rantai ganda (dsDNA).

Efek ini disebabkan oleh pengikatan basa di dalam lingkungan hidrofobik.

Istilah klasik untuk menyatakan perbedaan nilai absorbansi tersebut adalah

hipokromisitas. Molekul dsDNA dikatakan relatif hipokromik (kurang

berwarna) bila dibandingkan dengan ssDNA. Sebaliknya, ssDNA dikatakan

hiperkromik terhadap dsDNA.

c. Penghitungan konsentrasi asam nukleat

Konsentrasi DNA dihitung atas dasar nilai A260-nya. Molekul dsDNA

dengan konsentrasi 1mg/ml mempunyai A260 sebesar 20, sedangkan

konsentrasi yang sama untuk molekul ssDNA atau RNA mempunyai A260 lebih

kurang sebesar 25. Nilai A260 untuk ssDNA dan RNA hanya merupakan

perkiraan karena kandungan basa purin dan pirimidin pada kedua molekul

tersebut tidak selalu sama, dan nilai A260  purin tidak sama dengan nilai A260

pirimidin. Pada dsDNA, yang selalu mempunyai kandungan purin dan

pirimidin sama, nilai A260 -nya sudah pasti.

d. Kemurnian asam nukleat

Tingkat kemurnian asam nukleat dapat diestimasi melalui penentuan

nisbah A260 terhadap A280. Molekul dsDNA murni mempunyai nisbah  A260 /A280

sebesar 1,8. Sementara itu, RNA murni mempunyai nisbah  A260 /A280  sekitar

2,0.  Protein, dengan λmaks = 280 nm, tentu saja mempunyai nisbah A260 /A280

kurang dari 1,0.  Oleh karena itu, suatu sampel DNA yang memperlihatkan

nilai A260 /A280 lebih dari 1,8 dikatakan terkontaminasi oleh RNA. Sebaliknya,

suatu sampel DNA yang memperlihatkan nilai A260 /A280  kurang dari 1,8

dikatakan terkontaminasi oleh protein.

e. Denaturasi termal dan renaturasi

Di atas telah disinggung bahwa beberapa senyawa kimia tertentu dapat

menyebabkan terjadinya denaturasi asam nukleat. Ternyata, panas juga dapat

menyebabkan denaturasi asam nukleat. Proses denaturasi ini dapat diikuti

melalui pengamatan nilai absorbansi yang meningkat karena molekul rantai

ganda (pada dsDNA dan sebagian daerah pada RNA) akan berubah menjadi

molekul rantai tunggal.

Denaturasi termal pada DNA dan RNA ternyata sangat berbeda. Pada

RNA denaturasi berlangsung perlahan dan bersifat acak karena bagian rantai

ganda yang pendek akan terdenaturasi lebih dahulu daripada bagian rantai

ganda yang panjang. Tidaklah demikian halnya pada DNA. Denaturasi terjadi

sangat cepat dan bersifat koperatif karena denaturasi pada kedua ujung

molekul dan pada daerah kaya AT akan mendestabilisasi daerah-daerah di

sekitarnya.

Suhu ketika molekul asam nukleat mulai mengalami denaturasi

dinamakan titik leleh atau melting temperature (Tm). Nilai Tm merupakan

fungsi kandungan GC sampel DNA, dan berkisar dari 80 ºC hingga 100ºC

untuk molekul-molekul DNA yang panjang.

DNA yang mengalami denaturasi termal dapat dipulihkan (direnaturasi)

dengan cara didinginkan. Laju pendinginan berpengaruh terhadap hasil

renaturasi yang diperoleh. Pendinginan yang berlangsung cepat hanya

memungkinkan renaturasi pada beberapa bagian/daerah tertentu. Sebaliknya,

pendinginan yang dilakukan perlahan-lahan dapat mengembalikan seluruh

molekul DNA ke bentuk rantai ganda seperti semula. Renaturasi yang terjadi

antara daerah komplementer dari dua rantai asam nukleat yang berbeda

dinamakan hibridisasi.

 

f. Superkoiling DNA

Banyak molekul dsDNA berada dalam bentuk sirkuler tertutup atau closed-

circular (CC), misalnya DNA plasmid dan kromosom bakteri serta DNA

berbagai virus. Artinya, kedua rantai membentuk lingkaran dan satu sama lain

dihubungkan sesuai dengan banyaknya putaran heliks (Lk) di dalam

molekul DNA tersebut.

Sejumlah sifat muncul dari kondisi sirkuler DNA. Cara yang baik untuk

membayangkannya adalah menganggap struktur tangga berpilin DNA seperti

gelang karet dengan suatu garis yang ditarik di sepanjang gelang tersebut. Jika

kita membayangkan suatu pilinan pada gelang, maka deformasi yang

terbentuk akan terkunci ke dalam sistem pilinan tersebut. Deformasi inilah

yang disebut sebagai superkoiling.

g. Interkalator

Geometri suatu molekul yang mengalami superkoiling dapat berubah

akibat beberapa faktor yang mempengaruhi pilinan internalnya. Sebagai

contoh, peningkatan suhu dapat menurunkan jumlah pilinan, atau sebaliknya,

peningkatan kekuatan ionik dapat menambah jumlah pilinan. Salah satu faktor

yang penting adalah keberadaan interkalator seperti etidium bromid (EtBr).

Molekul ini merupakan senyawa aromatik polisiklik bermuatan positif yang

menyisip di antara pasangan-pasangan basa. Dengan adanya EtBr molekul

DNA dapat divisualisasikan menggunakan paparan sinar UV.

(Susanto, 2012)

2.3 Proses sintesis DNA dan RNA

REPLIKASI DNA (Asam deoksiribonukleat)

Replikasi DNA sangat penting agar DNA kita tidak termutasi, dimana

DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Pada proses replikasi

terdapat pos-pos pengecekan, sehingga jika ada kode yang salah tercetak, dapat

langsung dikenali dan langsung diperbaiki. Ada beberapa teori yang mencoba

menjelaskan bagaimana proses replikasi DNA ini terjadi, yaitu konservatif,

semikonservatif, dan dispersif.

Tiga kemungkinan terjadinya replikasi DNA

1. Model konservatif, yaitu dua rantai DNA lama tetap tidak berubah, berfungsi

sebagai cetakan untuk dua rantai DNA baru. Replikasi ini mempertahankan

molekul dari DNA lama dan membuat molekul DNA baru.

2. Model semikonservatif, yaitu dua rantai DNA lama terpisah dan rantai baru

disintesis dengan prinsip komplementasi pada masing-masing rantai DNA

lama. Akhirnya dihasilkan dua rantai DNA baru yang masing-masing

mengandung satu rantai cetakan molekul DNA lama dan satu rantai baru

hasil sintesis.

3. Model dispersif, yaitu beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama

digunakan sebagai cetakan untuk sintesis rantai DNA baru. Oleh karena itu,

hasil akhirnya diperoleh rantai DNA lama dan baru yang tersebar pada rantai

DNA lama dan baru. Replikasi ini menghasilkan dua molekul DNA lama dan

DNA baru yang saling berselang-seling pada setiap untai.

Setelah berhasil membuat model struktur DNA, Watson dan Crick

memprediksi bahwa DNA bereplikasi dengan cara semikonservatif. Kemudian

pada tahun 1958, Matthew Meselson dan Franklin Stahl melakukan percobaan

untuk menguji ketiga alternatif hipotesis replikasi DNA tersebut dengan

menggunakan DNA bakteri Eschericia coli. Hasilnya ternyata mendukung

model replikasi semikonservatif yang telah diprediksi oleh Watson dan Crick.

Berikut ini merupakan animasi proses replikasi DNA :

Gambar 5. Animasi replikasi DNA

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. Jika dianalogikan, dua rantai DNA

heliks ganda yang terpisah berbentuk seperti ritsleting terbuka. 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. Setiap

rantai DNA yang “lama” akan berfungsi sebagai cetakan yang menentukan

urutan nukleotida di sepanjang rantai DNA komplementer baru yang

bersesuaian dengan cara mendeteksi basa komplemennya. Monomer DNA yang

berupa nukleotida ditambahkan di kedua sisi rantai yang membuka setiap kali

DNA polimerase bergeser. Setelah mendapatkan pasangan yang sesuai,

nukleotida yang baru tersebut disambung satu sama lain untuk membentuk

tulang punggung gula-fosfat rantai DNA yang baru. Jadi, setiap molekul DNA

terdiri atas satu rantai DNA “lama” dan satu rantai DNA “baru”. Setelah seluruh

rantai benar-benar terpisah, maka,terdapat dua molekul DNA yang sama persis

dengan satu molekul DNA induk.

Enzim DNA polimerase memiliki fungsi lain, yaitu mengoreksi DNA

yang baru terbentuk, membetulkan setiap kesalahan replikasi, dan memperbaiki

DNA yang rusak. Adanya fungsi tersebut menjadikan rangkaian nukleotida

DNA sangat stabil dan mutasi jarang terjadi.Yang berikut ini merupakan awal

dari proses replikasi DNA yang diambil dengan menggunakan mikroskop.

Enzim DNA polimerase memisahkan dua rantau DNA heliks ganda :

Proses replikasi DNA ini merupakan proses yang rumit namun teliti. Proses

sintesis rantai. 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. Jadi, replikasi DNA adalah proses penggandaan molekul

DNA untai ganda. Pada sel, replikasi DNA terjadi sebelum pembelahan sel.

Prokariota terus-menerus melakukan replikasi DNA. Pada eukariota, waktu

terjadinya replikasi DNA sangatlah diatur, yaitu pada fase S siklus sel,

sebelum mitosis atau meiosis I. Penggandaan tersebut memanfaatkan enzim

DNA polimerase yang membantu pembentukan ikatan antara nukleotida-

nukleotida penyusun polimer DNA. Proses replikasi DNA dapat pula

dilakukan in vitro dalam proses yang disebut reaksi berantai polimerase

(PCR).

Mekanisme replikasi DNA

Ada tiga cara teoretis replikasi DNA yang pernah diusulkan, yaitu

konservatif, semikonservatif, dan dispersif. Pada replikasi konservatif seluruh

tangga berpilin DNA awal tetap dipertahankan dan akan mengarahkan

pembentukan tangga berpilin baru. Pada replikasi semikonservatif tangga

berpilin mengalami pembukaan terlebih dahulu sehingga kedua untai

polinukleotida akan saling terpisah. Namun, masing-masing untai ini tetap

dipertahankan dan akan bertindak sebagai cetakan (template) bagi pembentukan

untai polinukleotida baru. Sementara itu, pada replikasi dispersif kedua untai

polinukleotida mengalami fragmentasi di sejumlah tempat. Kemudian, fragmen-

fragmen polinukleotida yang terbentuk akan menjadi cetakan bagi fragmen

nukleotida baru sehingga fragmen lama dan baru akan dijumpai berselang-

seling di dalam tangga berpilin yang baru. antara ketiga cara replikasi DNA

yang diusulkan tersebut, hanya cara semikonservatif yang dapat dibuktikan

kebenarannya melalui percobaan yang dikenal dengan nama sentrifugasi

seimbang dalam tingkat kerapatan atau equilibrium density-gradient

centrifugation.Percobaan ini dilaporkan hasilnya padatahun1958 oleh M.S.

Meselson dan F.W. Stahl.

Garpu replikasi

Garpu replikasi atau cabang replikasi (replication fork) ialah struktur

yangterbentuk ketika DNA bereplikasi. Garpu replikasi ini dibentuk akibat

enzim helikase 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 yang dibentuk oleh

enzim primase dan disebut primer. DNA polimerase membentuk untaian DNA

baru dengan menambahkan nukleotida—dalam hal ini, deoksiribonukleotida—

ke ujung 3'-hidroksil bebas nukleotida rantai DNA yang sedang tumbuh.

Dengan kata lain, rantai DNA baru disintesis dari arah 5'→3', sedangkan DNA

polimerase bergerak pada DNA "induk" dengan arah 3'→5'. Namun demikian,

salah satu untaian DNA induk pada garpu replikasi berorientasi 3'→5',

sementara untaian lainnya berorientasi 5'→3', dan helikase bergerak membuka

untaian rangkap DNA dengan arah 5'→3'. Oleh karena itu, replikasi harus

berlangsung pada kedua arah berlawanan tersebut.

Pembentukan leading strand

Pada replikasi DNA, untaian pengawal (leading strand) ialah untaian

DNA yang disintesis dengan arah 5'→3' secara berkesinambungan. Pada

untaian ini, DNA polimerase mampu membentuk DNA menggunakan ujung 3'-

OH bebas dari sebuah primer RNA dan sintesis DNA berlangsung secara

berkesinambungan, searah dengan arah pergerakan garpu replikasi.

Pembentukan lagging strand

Lagging strand ialah untaian DNA yang terletak pada sisi yang

berseberangan dengan leading strand pada garpu replikasi. Untaian ini disintesis

dalam segmen-segmen yang disebut fragmen Okazaki. Pada untaian ini,

primase membentuk primer RNA. DNA polimerase dengan demikian dapat

menggunakan gugus OH 3' bebas pada primer RNA tersebut untuk mensintesis

DNA dengan arah 5'→3'. Fragmen primer RNA tersebut lalu disingkirkan

(misalnya dengan RNase H dan DNA Polimerase I) dan deoksiribonukleotida

baru ditambahkan untuk mengisi celah yang tadinya ditempati oleh RNA. DNA

ligase lalu menyambungkan fragmen-fragmen Okazaki tersebut sehingga

sintesis lagging strand menjadi lengkap.

Dinamika pada garpu replikasi

Bukti-bukti yang ditemukan belakangan ini menunjukkan bahwa enzim

dan protein yang terlibat dalam replikasi DNA tetap berada pada garpu replikasi

sementara DNA membentuk gelung untuk mempertahankan pembentukan DNA

ke dua arah. Hal ini merupakan akibat dari interaksi antara DNA polimerase,

sliding clamp, dan clamp loader.

Sliding clamp pada semua jenis makhluk hidup memiliki struktur serupa

dan mampu berinteraksi dengan berbagai DNA polimerase prosesif maupun

non-prosesif yang ditemukan di sel. Selain itu, sliding clamp berfungsi sebagai

suatu faktor prosesivitas. Ujung-C sliding clamp membentuk gelungan yang

mampu berinteraksi dengan protein-protein lain yang terlibat dalam replikasi

DNA (seperti DNA polimerase dan clamp loader). Bagian dalam sliding clamp

memungkinkan DNA bergerak melaluinya. Sliding clamp tidak membentuk

interaksi spesifik dengan DNA. Terdapat lubang 35A besar di tengah clamp ini.

Lubang tersebut berukuran sesuai untuk dilalui DNA dan air menempati tempat

sisanya sehingga clamp dapat bergeser pada sepanjang DNA. Begitu polimerase

mencapai ujung templat atau mendeteksi DNA berutas ganda (lihat di bawah),

sliding clamp mengalami perubahan konformasi yang melepaskan DNA

polimerase.Clamp loader merupakan protein bersubunit banyak yang mampu

menempel pada sliding clamp dan DNA polimerase. Dengan hidrolisis ATP,

clamp loader terlepas dari sliding clamp sehingga DNA polimerase menempel

pada sliding clamp. Sliding clamp hanya dapat berikatan pada polimerase

selama terjadinya sintesis utas tunggal DNA. Jika DNA rantai tunggal sudah

habis, polimerase mampu berikatan dengan subunit pada clamp loader dan

bergerak ke posisi baru pada lagging strand. Pada leading strand, DNA

polimerase III bergabung dengan clamp loader dan berikatan dengan sliding

clamp.

Replikasi diprokariota dan eukariota

Replikasi DNA prokariota\Replikasi DNA kromosom prokariota,

khususnya bakteri, sangat berkaitan dengan siklus pertumbuhannya. Daerah ori

pada E. coli, misalnya, berisi empat buah tempat pengikatan protein inisiator

DnaA, yang masing-masing panjangnya 9 pb. Sintesis protein DnaA ini sejalan

dengan laju pertumbuhan bakteri sehingga inisiasi replikasi juga sejalan dengan

laju pertumbuhan bakteri. Pada laju pertumbuhan sel yang sangat tinggi; DNA

kromosom prokariota dapat mengalami reinisiasi replikasi pada dua ori yang

baru terbentuk sebelum putaran replikasi yang pertama berakhir. Akibatnya, sel-

sel hasil pembelahan akan menerima kromosom yang sebagian telah

bereplikasi.

Protein DnaA membentuk struktur kompleks yang terdiri atas 30 hingga

40 buah molekul, yang masing-masing akan terikat pada molekul ATP. Daerah

ori akan mengelilingi kompleks DnaA-ATP tersebut. Proses ini memerlukan

kondisi superkoiling negatif DNA (pilinan kedua untai DNA berbalik arah

sehingga terbuka). Superkoiling negatif akan menyebabkan pembukaan tiga

sekuens repetitif sepanjang 13 pb yang kaya dengan AT sehingga

memungkinkan terjadinya pengikatan protein DnaB, yang merupakan enzim

helikase, yaitu enzim yang akan menggunakan energi ATP hasil hidrolisis untuk

bergerak di sepanjang kedua untai DNA dan memisahkannya.

Untai DNA tunggal hasil pemisahan oleh helikase selanjutnya

diselubungi oleh protein pengikat untai tunggal atau single-stranded binding

protein (Ssb) untuk melindungi DNA untai tunggal dari kerusakan fisik dan

mencegah renaturasi. Enzim DNA primase kemudian akan menempel pada

DNA dan menyintesis RNA primer yang pendek untuk memulai atau

menginisiasi sintesis pada untai pengarah. Agar replikasi dapat terus berjalan

menjauhi ori, diperlukan enzim helikase selain DnaB. Hal ini karena

pembukaan heliks akan diikuti oleh pembentukan putaran baru berupa

superkoiling positif. Superkoiling negatif yang terjadi secara alami ternyata

tidak cukup untuk mengimbanginya sehingga diperlukan enzim lain, yaitu

topoisomerase tipe II yang disebut dengan DNA girase. Enzim DNA girase ini

merupakan target serangan antibiotik sehingga pemberian antibiotik dapat

mencegah berlanjutnya replikasi DNA bakteri.

Seperti telah dijelaskan di atas, replikasi DNA terjadi baik pada untai

pengarah maupun pada untai tertinggal. Pada untai tertinggal suatu kompleks

yang disebut primosom akan menyintesis sejumlah RNA primer dengan interval

1.000 hingga 2.000 basa. Primosom terdiri atas helikase DnaB dan DNA

primase. Primer baik pada untai pengarah maupun pada untai tertinggal akan

mengalami elongasi dengan bantuan holoenzim DNA polimerase III. Kompleks

multisubunit ini merupakan dimer, separuh akan bekerja pada untai pengarah

dan separuh lainnya bekerja pada untai tertinggal. Dengan demikian, sintesis

pada kedua untai akan berjalan dengan kecepatan yang sama. Masing-masing

bagian dimer pada kedua untai tersebut terdiri atas subunit a, yang mempunyai

fungsi polimerase sesungguhnya, dan subunit e, yang mempunyai fungsi

penyuntingan berupa eksonuklease 3’– 5’. Selain itu, terdapatsubunit b yang

menempelkan polimerase pada DNA. Begitu primer pada untai tertinggal

dielongasi oleh DNA polimerase III, mereka akan segera dibuang dan celah

yang ditimbulkan oleh hilangnya primer tersebut diisi oleh DNA polimerase I,

yang mempunyai aktivitas polimerase 5’ – 3’, eksonuklease 5’ – 3’, dan

eksonuklease penyuntingan 3’ – 5’. Eksonuklease 5’ - 3’ membuang primer,

sedangkan polimerase akan mengisi celah yang ditimbulkan. Akhirnya,

fragmen-fragmen Okazaki akan dipersatukan oleh enzim DNA ligase. Secara in

vivo, dimer holoenzim DNA polimerase III dan primosom diyakini membentuk

kompleks berukuran besar yang disebut dengan replisom. Dengan adanya

replisom sintesis DNA akan berlangsung dengan kecepatan 900 pb tiap detik.

Kedua garpu replikasi akan bertemu kira-kira pada posisi 180°C dari ori.

Di sekitar daerah ini terdapat sejumlah terminator yang akan menghentikan

gerakan garpu replikasi. Terminator tersebut antara lain berupa produk gen tus,

suatu inhibitor bagi helikase DnaB. Ketika replikasi selesai, kedua lingkaran

hasil replikasi masih menyatu. Pemisahan dilakukan oleh enzim topoisomerase

IV. Masing-masing lingkaran hasil replikasi kemudian disegregasikanke dalam

kedua sel hasil pembelahan. Replikasi DNA eukariota

Pada eukariota, replikasi DNA hanya terjadi pada fase S di dalam

interfase. Untuk memasuki fase S diperlukan regulasi oleh sistem protein

kompleks yang disebut siklin dan kinase tergantung siklin atau cyclin-

dependent protein kinases (CDKs), yang berturut-turut akan diaktivasi oleh

sinyal pertumbuhan yang mencapai permukaan sel. Beberapa CDKs akan

melakukan fosforilasi dan mengaktifkan protein-protein yang diperlukan untuk

inisiasi pada masing-masing ori.Berhubung dengan kompleksitas struktur

kromatin, garpu replikasi pada eukariota bergerak hanya dengan kecepatan 50

pb tiap detik. Sebelum melakukan penyalinan, DNA harus dilepaskan dari

nukleosom pada garpu replikasi sehingga gerakan garpu replikasi akan

diperlambat menjadi sekitar 50 pb tiap detik. Dengan kecepatan seperti ini

diperlukan waktu sekitar 30 hari untuk menyalin molekul DNA kromosom pada

kebanyakan mamalia.

Sederetan sekuens tandem yang terdiri atas 20 hingga 50 replikon

mengalami inisiasi secara serempak pada waktu tertentu selama fase S. Deretan

yang mengalami inisasi paling awal adalah eukromatin, sedangkan deretan yang

agak lambat adalah heterokromatin. Daerah sentromer dan telomer dari DNA

bereplikasi paling lambat. Pola semacam ini mencerminkan aksesibilitas

struktur kromatin yang berbeda-beda terhadap faktor inisiasi.

Seperti halnya pada prokariota, satu atau beberapa DNA helikase dan Ssb yang

disebut dengan protein replikasi A atau replication protein A (RP-A) diperlukan

untuk memisahkan kedua untai DNA. Selanjutnya, tiga DNA polimerase yang

berbeda terlibat dalam elongasi. Untai pengarah dan masing-masing fragmen

untai tertinggal diinisiasi oleh RNA primer dengan bantuan aktivitas primase

yang merupakan bagian integral enzim DNA polimerase a. Enzim ini akan

meneruskan elongasi replikasi tetapi kemudian segera digantikan oleh DNA

polimerase d pada untai pengarah dan DNA polimerase e pada untai tertinggal.

Baik DNA polimerase d maupun e mempunyai fungsi penyuntingan.

Kemampuan DNA polimerase d untuk menyintesis DNA yang panjang

disebabkan oleh adanya antigen perbanyakan nuklear sel atau proliferating cell

nuclear antigen (PCNA), yang fungsinya setara dengan subunit b holoenzim

DNA polimerase III pada E. coli. Selain terjadi penggandaan DNA, kandungan

histon di dalam sel juga mengalami penggandaan selama fase S.

Mesin replikasi yang terdiri atas semua enzim dan DNA yang berkaitan

dengan garpu replikasi akan diimobilisasi di dalam matriks nuklear. Mesin-

mesin tersebut dapat divisualisasikan menggunakan mikroskop dengan melabeli

DNA yang sedang bereplikasi. Pelabelan dilakukan menggunakan analog

timidin, yaitu bromodeoksiuridin (BUdR), dan visualisasi DNA yang dilabeli

tersebut dilakukan dengan imunofloresensi menggunakan antibodi yang

mengenali BUdR.

Ujung kromosom linier tidak dapat direplikasi sepenuhnya karena tidak

ada DNA yang dapat menggantikan RNA primer yang dibuang dari ujung 5’

untai tertinggal. Dengan demikian, informasi genetik dapat hilang dari DNA.

Untuk mengatasi hal ini, ujung kromosom eukariota (telomer) mengandung

beratus-ratus sekuens repetitif sederhana yang tidak berisi informasi genetik

dengan ujung 3’ melampaui ujung 5’. Enzim telomerase mengandung molekul

RNA pendek, yang sebagian sekuensnya komplementer dengan sekuens

repetitif tersebut. RNA ini akan bertindak sebagai cetakan (templat) bagi

penambahan sekuens repetitif pada ujung 3’.

Hal yang menarik adalah bahwa aktivitas telomerase mengalami

penekanan di dalam sel-sel somatis pada organisme multiseluler, yang lambat

laun akan menyebabkan pemendekan kromosom pada tiap generasi sel. Ketika

pemendekan mencapai DNA yang membawa informasi genetik, sel-sel akan

menjadi layu dan mati. Fenomena ini diduga sangat penting di dalam proses

penuaan sel. Selain itu, kemampuan penggandaan yang tidak terkendali pada

kebanyakan sel kanker juga berkaitan dengan reaktivasi enzim telomerase.

Gambar 6. DNA

Replikasi DNA. Mula-mula, heliks ganda DNA (merah) dibuka menjadi

dua untai tunggal oleh enzim helikase (9) dengan bantuan topoisomerase (11)

yang mengurangi tegangan untai DNA. Untaian DNA tunggal dilekati oleh

protein-protein pengikat untaian tunggal (10) untuk mencegahnya membentuk

heliks ganda kembali. Primase (6) membentuk oligonukleotida RNA yang

disebut primer (5) dan molekul DNA polimerase (3 & 8) melekat pada seuntai

tunggal DNA dan bergerak sepanjang untai tersebut memperpanjang primer,

membentuk untaian tunggal DNA baru yang disebut leading strand (2) dan

lagging strand (1). DNA polimerase yang membentuk lagging strand harus

mensintesis segmen-segmen polinukleotida diskontinu (disebut fragmen

Okazaki (7)). Enzim DNA ligase (4) kemudian menyambungkan potongan-

potongan lagging strand tersebut.

(Anonymous a,2012)

Jenis RNA

RNA dapat dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu RNA genetik dan

RNA non-genetik.

1. RNA genetik

RNA genetik memiliki fungsi yang sama dengan DNA, yaitu sebagai

pembawa keterangan genetik. RNA genetik hanya ditemukan pada makhluk

hidup tertentu yang tidak memiliki DNA, misalnya virus. Dalam hal ini fungsi

RNA menjadi sama dengan DNA, baik sebagai materi genetik maupun dalam

mengatur aktivitas sel.

2. RNA non-genetik

RNA non-genetik tidak berperan sebagai pembawa keterangan genetik

sehingga RNA jenis ini hanya dimiliki oleh makhluk hidup yang juga memiliki

DNA. Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA non-genetik dibedakan menjadi

mRNA, tRNA, dan rRNA.

1)   mRNA (messenger RNA) atau ARNd (ARN duta)

mRNA merupakan RNA yang urutan basanya komplementer

(berpasangan) dengan salah satu urutan basa rantai DNA. RNA jenis ini

merupakan polinukleotida berbentuk pita tunggal linier dan disintesis oleh DNA

di dalam nukleus. Panjang pendeknya mRNA berhubungan dengan panjang

pendeknya rantai polipeptida yang akan disusun. Urutan asam amino yang

menyusun rantai polipeptida itu sesuai dengan urutan kodon yang terdapat di

dalam molekul mRNA yang bersangkutan. mRNA bertindak sebagai pola

cetakan pembentuk polipeptida. Adapun fungsi utama mRNA adalah membawa

kode-kode genetik dari DNA di inti sel menuju ke ribosom di sitoplasma.

mRNA ini dibentuk bila diperlukan dan jika tugasnya selesai, maka akan

dihancurkan dalam plasma.

2)   tRNA (transfer RNA) atau ARNt (ARN transfer)

RNA jenis ini dibentuk di dalam nukleus, tetapi menempatkan diri di

dalam sitoplasma. tRNA merupakan RNA terpendek dan bertindak sebagai

penerjemah kodon dari mRNA. Fungsi lain tRNA adalah mengikat asam-asam

amino di dalam sitoplasma yang akan disusun menjadi protein dan

mengangkutnya ke ribosom. Bagian tRNA yang berhubungan dengan kodon

dinamakan antikodon.

3)   rRNA (ribosomal RNA) atau ARNr (ARN ribosomal)

RNA ini disebut ribosomal RNA karena terdapat di ribosom meskipun

dibuat di dalam nukleus. RNA ini berupa pita tunggal, tidak bercabang, dan

fleksibel. Lebih dari 80% RNA merupakan rRNA. Fungsi dari RNA ribosom

adalah sebagai mesin perakit dalam sintesis protein yang bergerak ke satu arah

sepanjang mRNA. Di dalam ribosom, molekul rRNA ini mencapai 30-46%.

Dengan adanya penjelasan materi di atas, terdapat perbedaan antara DNA dan

RNA.

Tabel . Perbedaan DNA dan RNA

  DNA (Deoxyribo

Nukleat Acid)

RNA (Ribo Nukleat

Acid)

-    Letak Dalam inti sel,

mitokondria, kloroplas,

senriol.

Dalam inti sel,

sitoplasma dan

ribosom.

-   

Bentuk

Polinukleotida ganda

yang terpilin panjang

Polinukleotida tunggal

dan pendekl

-    Gula Deoxyribosa Ribosa

-   

Basanya

Golongan purin : adenine

dan guanine

Golongan pirimidin :

cytosine dan timin

Golongan purin :

adenine dan guanine

Golongan pirimidin :

cytosine dan urasil

-   

Fungsi

-          mengontrol sifat

yang menurun

-          sintesis protein

-          sintesis RNA

-       sintesis protein

-   

Kadarny

a

Tidak dipengaruhi sintesis

protein.

Letak basa nitrogen dari

kedua pita ADN saling

berhadapan dengan

pasangan yang tetap yaitu

Adenin selalu

berpasangan dengan

Timin, Cytosin dengan

Guanin. Kedua pita itu

diikatkan oleh ikatan

hidrogen.

Dipengaruhi sintesis

protein.

Macam ARN :

ARN duta

ARN ribosom

ARN transfer

Sintesis RNA

Sintesis RNA (atau transkripsi) dapat didefinisikan sebagai proses

mentransfer informasi dari urutan nukleotida DNA ke urutan RNA.Dalam

organisme multi-selular (eukariota), mereka telah berevolusi jauh lebih

kompleks mekanisme pengaturan transkripsi dari organisme uniseluler

(prokariota).Sebuah enzim besar yang dikenal sebagai transkripsi RNA

polimerase mengkatalisis. Dengan peran yang berbeda dan sifat, berbagai

transkripsi RNA polimerase mengkatalisis tipe RNA yang berbeda. Meskipun

ada perbedaan besar dalam ukuran dan jumlah subunit polipeptida, struktur

keseluruhan dari polimerase RNA di prokariota dan eukariota cukup mirip,

mengungkap asal evolusi yang sama.

Berikut ini adalah garis besar dari RNA polimerase pada eukariota:

RNA polimerase I terletak di nucleolus dan mentranskripsi ribosomal

RNA (rRNA). Ribosomal RNA, bersama dengan berbagai bentuk protein

ribosom. Satu rRNA tertentu adalah katalis untuk pembentukan ikatan peptida.

Berbagai jenis rRNA berbagai ukuran dari 120-4700 basis amina. Eukariotik

dan prokariotik rRNA yang jelas berbeda, namun kedua spesies berumur

panjang dan stabil.

RNA polimerase II lokal dengan inti, dan mentranskripsi messenger

RNA (mRNA) dan RNA nuklir paling kecil. Messenger RNA adalah pembawa

informasi genetik pada struktur primer protein dari DNA, bersama dengan fitur

khusus yang memungkinkan untuk menempel ribosom dan fungsi dalam

sintesis protein. Ukurannya tergantung pada ukuran protein untuk yang kode.

Ini cenderung relatif pendek-hidup, dan umur bervariasi dari spesies secara

molekuler spesies molekul tergantung pada peran biologis protein.

RNA polimerase III mentranskripsi RNA transfer (tRNA) dan RNA

kecil lainnya. tRNA adalah molekul kecil (65-110 nukleotida) dirancang untuk

membawa asam amino diaktifkan untuk tempat sintesis protein, ribosom. Ini

adalah berumur panjang dan stabil.

Transkripsi berlangsung dalam tiga (3) tahap:

1. Inisiasi,

2. Perpanjangan, dan

3. Penghentian.

Berikut ini menjelaskan transkripsi eukariotik:

Pada tahap inisiasi, RNA polimerase DNA pencarian untuk situs inisiasi,

juga disebut situs promotor, atau promotor. Pada tahap ini, DNA untai ganda

("tertutup"). Ini RNA polimerase / luka-struktur DNA yang disebut sebagai

kompleks ditutup. polimerase RNA kemudian unwinds bentangan pendek DNA

heliks ganda untuk menghasilkan beruntai tunggal ("terbuka") template DNA

dari yang dibutuhkan petunjuk. Ini RNA polimerase / diterminasi-struktur DNA

disebut kompleks terbuka.

Pada tahap perpanjangan, RNA polimerase memilih trifosfat

ribonucleoside benar dan mengkatalisis pembentukan ikatan fosfodiester. Proses

ini diulangi sebanyak yang enzim unidirectionally bergerak sepanjang template

DNA. transkrip A disintesis dari awal sampai akhir oleh molekul RNA

polimerase tunggal.

Pada tahap terminasi, polimerase RNA mendeteksi sinyal terminasi yang

menentukan di mana transkrip berakhir.Kimia sintesis RNA adalah identik

untuk semua bentuk RNA, termasuk messenger RNA, transfer RNA, dan RNA

ribosomal. Langkah-langkah dasar hanya dijelaskan juga berlaku untuk semua

bentuk. proses sintetik mereka berbeda terutama dalam peraturan, pengolahan

posttranscriptional, dan polimerase khusus yang berpartisipasi.

RNA sintesis dapat dirangsang dengan pemberian RNA eksogen.

Ditunjukkan dalam beberapa percobaan, al Grabowska et. menentukan tingkat

penggabungan 5p uridin radioaktif-trifosfat (UTP) ke dalam RNA disintesis

(dikembangkan dalam sistem sel-bebas dengan kromatin dari hati tikus dan

DNA polimerase RNA bergantung dari E coli). Mereka menemukan transkripsi

yang meningkat lima kali lipat setelah penambahan hati tikus RNA [6].

Kanehisa et al. and Dobrzelewski et al. memperoleh hasil yang sama dalam

sistem dari DNA ayam hidup atau betis kromatin timus dan polimerase RNA

dari E coli.

(Dendhi, 2012)

2.4 Proses transkripsi dan translokasi

Transkripsi

Transkripsi merupakan pembentukan/sintesis RNA dari salah satu rantai

DNA, sehingga terjadi proses pemindahan informasi genetik dari DNA ke RNA.

Fungsi ini disebut fungsi heterokatalis DNA karena DNA mampu mensintesis

senyawa lain yaitu RNA. Sebuah rantai DNA digunakan untuk mencetak rantai

tunggal mRNA dengan bantuan enzim polimerase. Enzim tersebut menempel

pada kodon permulaan, umumnya adalah kodon untuk asam amino metionin.

Pertama-tama, ikatan hidrogen di bagian DNA yang disalin terbuka. Akibatnya,

dua utas DNA berpisah. Salah satu polinukleotida berfungsi sebagai pencetak

atau sense, yang lain sebagai gen atau antisense. Misalnya pencetak memiliki

urutan basa G-A-G-A-C-T, dan yang berfungsi sebagai gen memiliki urutan basa

komplemen C-T-C-T-G-A. Karena pencetaknya G-A-G-A-C-T, maka RNA hasil

cetakannya C-U-C-U-G-A. Jadi, RNA C-U-C-U-G-A merupakan hasil kopian

dari DNA C-T-C-T-G-A (gen), dan merupakan komplemen dari pencetak.

Transkripsi DNA akan menghasilkan mRNA (messenger RNA). Pada

organisme eukariot, mRNA yang dihasilkan itu tidak langsung dapat berfungsi

dalam sintesis polipeptida, 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/pemasakan

mRNA yaitu dengan jalan melepaskan segmen-segmen intron dan merangkaikan

segmen-segmen ekson. Gabungan segmen-segmen ekson membentuk satu

rantai/utas mRNA yang mengandung sejumlah kodon untuk penyusunan

polipeptida. Rantai mRNA ini dikenal sebagai sistron.

Gambar 7. Proses pematangan mRNA dengan membuang bagian  intron

Proses transkripsi ini terjadi di dalam inti sel (nukleus). DNA tetap berada di

dalam nukleus, sedangkan hasil transkripsinya dikeluarkan dari nukleus menuju

sitoplasma dan melekat pada ribosom. Ini dimaksudkan agar gen asli tetap

terlindung, sementara hasil kopinya ditugaskan untuk melaksanakan pesan-pesan

yang dikandungnya. Jika RNA rusak, akan segera diganti dengan hasil kopian

yang baru

1.   Inisiasi (permulaan)

Daerah DNA di mana RNA polimerase melekat dan mengawali

transkripsi disebut sebagai promoter. Suatu promoter menentukan di mana

transkripsi dimulai, juga menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA

yang digunakan sebagai cetakan.

2.   Elongasi (pemanjangan)

Saat RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA membuka untaian heliks

ganda DNA dengan bantuan enzim polimerase, sehingga terbentuklah

molekul RNA yang akan lepas dari cetakan DNA-nya.

3.  Terminasi (pengakhiran)

Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi

urutan DNA yang disebut terminator. Terminator yang ditranskripsi

merupakan suatu urutan RNA yang berfungsi sebagai kodon terminasi (kode

stop) yang sesungguhnya. Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti

tepat pada akhir kodon terminasi, yaitu ketika polimerase mencapai titik

terminasi sambil melepas RNA dan DNA. Sebaliknya, pada sel eukariotik

polimerase terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam

mRNA. Pada titik yang jauh kira-kira 10 hingga 35 nukleotida, mRNA ini

dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut.

(Anonymous b, 2012)

Translokasi

Translokasi merupakan mutasi kromosom dimana sebagian dari salah

satu kromosom ditransfer ke kromosom lain. Translokasi adalah perpindahan

bahan terlarut yang dapat terjadi di seluruh bagian tumbuhan. Translokasi ini

membahas yang terjadi pada Floem. Ada dua macam translokasi yaitu

translokasi resiprok dan translokasi Robertsonian.

Gambar 8. Translokasi

Mekanisme dan Pola Translokasi

Sejak lama para ahli fisiologi tumbuhan bermaksud mengukur langsung

translokasi dalam system pengangkutan dengan cara mengikuti pergerakan

bahan bertanda. Mula – mula menggunakan zat warna : fluoresein bergerak

dengan mudah dalam sel floem dan masih digunakan sebagai perunut yang

efektif. Virus dan herbisida juga pernah digunakan. Penggunakan fosfor,

belerang, klorin, kalsium, stronsium, rubidium, kalium, hydrogen dalam

kajian ini, namun hingga saat ini nuklida radioaktif yang paling penting.

Perunut radioaktif bisa dilacak perjalannya dengan pelacak radiasi yang

disentuhkan pada batang atau bagian lain dari tumbuhan. Metode lainnya

adalah autoradiografi. Tumbuhan diletakkan bersinggungan dengan sehelai

film sinar – X selama beberapa hari hingga bulan. Kemudian,film tersebut

dikembangkan dan ditemui letak radioaktivitasnya pada tanaman tersebut.

Model E. Munch di Jerman pada tahun 1926 adalah model pengangkutan

floem yang dianut sampai sekarang. Konsepnya yaitu model aliran – tekanan.

Menggunakan dua osmometer. Osmometer yang dilakukan di laboratorium

direndam dalam larutan. Osmometer pertama berisi larutan yang lebih pekat

daripada larutan sekitar, osmometer kedua berisi larutan kurang pekat dari

osmometer pertama dan harus lebih pekat dari medium sekelilingnya.

Osmometer pertama dialokasikan dengan daun (sebagai sumber);

sedangkan osmometer kedua dialokasikan dengan organ-organ penerima

(sebagai limbung, misal buah, jaringan meristem, dan akar). Perbedaan antara

model osmometer dengan pengangkutan floem yang sesungguhnya terletak

pada sumber dan lingbungnya. Pada daun, bahan terlarut yang telah terangkut

segera ditambahkan kembali dari hasil fotosintesis (phloem loading); dan

bahan terlarut yang telah sampai ke limbung akan dikeluarkan dari pembuluh

floem (phloem unloading). Dimanfaatkan untuk pertumbuhan atau ditimbun

di organ penampung, misalnya dalam bentuk pati atau lemak. Larutan

perendam pada osmometer setara dengan bagian apoplas tanaman, yakni

dinding sel dan pembuluh xylem.

Material Translokasi

Fungsi floem adalah sebagai jaringan translokasi bahan organik yang

terutama berisi karbohidrat. Crafts dan Lorenz (1994) mendapatkan persentase

nitrogen (dalam bentuk protein) sebesar 45%. Sebenarnya gula yang menjadi

linarut terbesar yang ditranslokasikan dalam cairan floem. Diantara gula ini,

sukrosa yang paling banyak jumlahnya. Gula lain seperti gula rafinosa :

glukosa, rafinosa, stakiosa, dan fruktosa juga ada pada gula alcohol: manitol,

sorbitol, galaktitol, serta mio-inositol.

Tingkat Pergerakan

Diestimasi dengan cara menghitung penambahan berat organ tersebut

selama kurun waktu tertentu untuk mengetahui laju pengangkutan melalui

pembuluh floem ke suatu organ. Kemudian diukur luas penampang melintang

dari pembuluh floem. Berdasarkan data tersebut dapat dihitung laju transfer

massa (mass transfer rate). Laju perpindahan masa merupakan jumlah bahan

yang melintasi suatu irisan melintang tabung taapis per satuan waktu.

Dikemukakan oleh Alden S. Crafts dan O.Lorenz (dari University of

California di Davis) berasumsi bahwa bahan kering yang diangkut melalui

floem mempunyai gravitas spesifik (atau kepadatan) sebesar 1,5 g.cm-3.Nilai

ini jika dibagi dengan laju transfer massa akan diperoleh velositas sebesar 110

mm.jam-1. Tentu saja, bahan yang diangkut dalam pembuluh floem tidak

dalam bentuk kering, tetapi terlarut didalam air. Dengan demikian velositas

sesungguhnya adalah lebih cepat. Potensi osmotik larutan floem yang umum

terukur adalah antara -2 Mpa sampai -3 Mpa, yang setara dengan 20% sampai

30% larutan sukrosa (Sukrosa merupakan bahan terlarut yang dominan pada

larutan floem. Berdasarkan nilai ini, maka volaritas pengangkutan pada

pembuluh floem adalah antara 363 sampai 550 mm.jam-1.

Dengan teknik yang lebih maju, pengukuran velositas dapat dilakukan dengan

isotop11C dalam bentuk CO2 yang diberikan pada daun. Isotop ini akan

terkandung dalam fotosintat yang akan diangkut melalui pembuluh floem.

Pada 2 atau lebih posisi pada batang ditempatkan pendeteksi radiasi dengan

jarak yang telah ditetapkan.

Phloem Loading dan Unloading

Proses peningkatan konsentrasi gula pada sel-sel floem yang berada dekat

dengan sel-sel fotosintetik pada daun disebut proses pengisian floem (phloem

loading). Berdasarkan pengukuran pada berbagai spesies, terlihat bahwa

potensi osmotik sel-sel mesofil (sekitar -0,8 MPa sampai -1,8 MPa) lebih

tinggi dibanding pada pembuluh floem (antara -2,0 MPa sampai -3,0 MPa).

Karena bahan terlarut (sukrosa) pada pembuluh floem lebih tinggi dibanding

pada sel-sel mesofil.

Serapan sukrosa oleh sel peneman floem ini yang dikarenakan oleh sel

peneman ini lebih besar dan lebih aktif dibandingkan sel-sel lain pada jaringan

floem dan juga adanya penumbuhan ke dalam (ingrowth) yang menyebabkan

luas permukaan membran sel ini menjadi 3 kali lebih luas. Menyebabkan

potensi osmotic sitoplasma sel ini menjadi turun (lebih negatif) dan ini akan

merangsang air untuk masuksecara osmosis kedalam sel ini dari sel-sel

mesofil disekitarnya. Sebagai akibatnya tekanan internal pada sel peneman

akan meningkat dan mengakibatkan sukrosa bergerak masuk ke pembuluh

floem secara simplastik melalui plasmodesmata. Masuknya larutan yang

mengandung sukrosa ke pembuluh floem dari sel-sel peneman ini yang

mengakibatkan tekanan internal pada pembuluh floem pada daun lebih tinggi,

yang kemudian menjadi faktor pendorong dari aliran larutan floem, berarti

pengangkutan senyawa-senyawa yang terlarut didalamnya.

Proses pengisian embrane bersifat selektif. Jenis material yang di

translokasi seperti gula rafinosa : glukosa, rafinosa, dan stakiosa juga ada pada

gula alcohol: manitol, sorbitol, galaktitol, serta mio-inositol. Fruktosa jarang

diangkut kedalam pembuluh floem. Demikian juga dengan asam amino dan

mineral.sifat selektif ini memperkuat argumentasi bahwa senyawa – senyawa

yang akan dimuat kedalam pembuluh floem diserap dari apoplas oleh sel – sel

peneman floem. Sifat selektif ini berkaitan dengan peranan senyawa pembawa

pada embrane, yang menyangkut pada senyawa – senyawa tertentu.

Kompetisi antara organ atau jaringan limbung ditentukan oleh laju

pengeluaran bahan dari pembuluh floem (phloem unloading). Limbung yang

dapat memanfaatkan hasil terlarut (sukrosa) dari pembuluh floem dan akan

berpeluang besar untuk memperoleh lebih banyak lagi bahan terlarut dari

organ sumber. Hal ini disebabkan sukrosa diserap sel – sel organ limbung dari

pembuluh floem, maka potensi air sel – sel limbung tersebut turun.

Mengakibatkan air akan bergerak keluar dari pembuluh floem dan tekanan

internal pembuluh floem pada organ atau jaringan limbung akan turun. Hal ini

akan lebih memacu laju pengangkutan dari sumber ke limbung karena

perbedaan tekanan internal yang lebih besar antara kedua ujung pembuluh

floem tersebut.

( Lakitan, 1993)

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Bagaimana proses sintesis DNA dan RNA?

Bagaimana proses transkripsi dan translokasi?

Asam nukleat tersusun atas nukleotida, yang mana nukleotida tersusun atas

nukleosida dan fosfat. Nukleosida tersusun atas gula pentose dan basa

nitrogen (purin dan pirimidin).

Asam nukleat memiliki sifat kimia, yaitu stabilitas asam nukleat, pengaruh

asam, pengaruh alkali, denaturasi kimia, viskositas, dan kerapatan apung,

sedangkan sifat spektroskopik-termal asam nukleat meliputi kemampuan

absorpsi sinar UV, hipokromisitas, penghitungan konsentrasi asam nukleat,

penentuan kemurnian DNA, serta denaturasi termal dan renaturasi asam

nukleat.

Proses sintesis DNA berupa replikasi DNA yang terdiri atas 3 macam, yaitu

model konservatif, model semikonservatif, dan model dispersif. Sedangkan

sintesis RNA terdiri atas RNA polimerase I terletak di nucleolus dan

mentranskripsi ribosomal RNA (rRNA), lalu, RNA polimerase II lokal

dengan inti, dan mentranskripsi messenger RNA (mRNA) dan RNA nuklir

paling kecil. RNA polimerase III mentranskripsi RNA transfer (tRNA) dan

RNA kecil lainnya.

Proses Transkripsi terdiri atas insiasi, elongasi, dan terminasi.

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous a. 2012. Replikasi di prokariota dan eukariota. http://www.google.com

Di akses 20 Mei 2012

Anonymous b. 2012. Transkripsi. http://desybio.wordpress.com/tag/1-transkripsi/

Di akses 20 Mei 2012

Dendhi, Deny. 2012. Sintesis DNA.

http://denydendhi.blogspot.com/2011/03/replikasi-dna.html Di akses 20 Mei

2012

Lakitan, Benyamin.1993. Dasar – Dasar Fisiologi Tumbuhan. PT RajaGrafindo

Persada : Jakarta

Mustofa, Kharis. 2012. Komponen Asam Nukleat. http://kharism.blog.unsoed.ac.id/

Di Akses 20 Mei 2012

Sumardjo, Damin. 2006. Pengantar Kimia : Buku Pnduan Kuliah Mahasiswa

Kedokteran dan Program Strata I Fakultas Bioeksata. Jakarta : Penerbit Buku

Kedokteran EGC

Susanto, Agus H. 2012. BAB II Asam Nukleat.

http://biomol.wordpress.com/bahan-ajar/asam-nukleat/ Di akses 20 Mei 2012