DNA membawa informasi genetik dan
bagian DNA yang membawa ciri khas yang diturunkan disebut gen. Perubahan yang
terjadi pada gen akan menyebabkan terjadinya perubahan pada produk gen
tersebut. Gen sering juga diartikan sebagai ruas DNA yang menghasilkan produk
gen yang berupa enzim yang dikenal dengan teori satu gen satu enzim. Karena
enzim dapat merupakan kombinasi polipeptida..maka teori tersebut diubah menjadi
satu gen satu polipeptida.
Konsep dasar menurunnya sifat
secara molekuler adalah merupakan aliran informasi dari DNA ke RNA ke urutan
asam amino. Konsep dasar ini disebut sebagai dogma genetik. Pada dogma genetik
juga tercermin cara mempertahankan ciri khas supaya tetap sama melalui proses
replikasi. Dogma genetik ini bersifat universal yang berlaku baik bagi
prokariot maupun eukariot.
Replikasi
DNA
Sebelum sel membelah, DNA harus
direplikasi dalam fase S dari siklus sel. Proses replikasi melibatkan enzim
polymerase. Proses ini melibatkan pembukaan utas ganda DNA, sehingga
memungkinkan terjadinya perpasangan basa untuk membentuk utas baru. Pembentukan
utas komplementer terjadi melalui perpasangan basa antara A dengan T dan G
dengan C. Dalam replikasi DNA, setiap utas DNA lama berperan sebagai cetakan
untuk membentuk DNA baru.
Model DNA Watson dan Crick
menyatakan bahwa saat double heliks bereplikasi, masing-masing dari kedua
molekul anak akan mempunyai satu untai lama yang erasal dari satu molekul induk
dan satu untai yang baru. Model replikasi ini disebut model semikonservatif.
Model lainnya adalah model konservatif dimana molekul induk tetap dan molekul
baru disintesis sejak awal. Model ketiga disebut model dispersif yaitu bahwa
keempat untai DNA, setelah replikasi double heliks, mempunyai campuran anatara DNA
baru dan DNA lama.
Pengujian yang dilakukan oleh
Meselson dan Stahl menunjukkan bahwa replikasi DNA terjadi secara
semikonservatif. Daerah penggandaan bergerak sepanjang DNA induk membentuk
replication fork. Pada daerah ini, kedua utas DNA yang baru, disintesis dengan
bantuan sekelompok enzim, salah satunya adalah DNA polimerase. Sintesis DNA
tidaklah berjalan secara kontinu pada kedua utas cetakan. Hal ini karena kedua
utas DNA tersusun sejajar berlawanan arah atau antiparalel. Maka utas DNA baru
akan tumbuh dari 5′ - 3′ sedang yang lainnya dari 3′ - 5′ pada cetakan.
Sintesis dari 3′ - 5′ tidak mungkin dilakukan karena tidak ada DNA polymerase
untuk arah 3′ - 5′.
Replikasi DNA pada cetakan 3′ -
5′ terjadi seutas demi seutas dengan arah 5′ - 3′ yang berarti replikasi
berjalan meninggalkan replication fork. Utas-utas pendek tersebut kemudian
dihubungkan oleh enzim ligase DNA. Dalam replikasi DNA terdapat utas DNA yang
disintesis secara kontinu yang terjadi pada cetakan 5′ - 3′. Utas DNA yang
disintesis secara kontinu ini disebut utas utama atau leading strand. Sedangkan
utas DNA baru yang disintesis pendek-pendek seutas-demi seutas disebut utas
lambat atau lagging strand. Utas-utas pendek atau fragmen-fragmen pendek yang
terbentuk disebut fragmen Okazaki.
Sintesis pada leading strand
memerlukan molekul primer pada permulaan replikasi Setelah replication fork
terbentuk, polymerase akan bekerja secara kontinu sampai utas DNA baru selesai
direplikasi. Pada sintesis lagging strand, diperlukan enzim lain primase DNA.
Setelah utas DNA terbuka untuk melakukan replikasi, dan setelah terbuka pada
lagging strand, utas harus dijaga agar tetap terbuka. Jadi dalam proses
replikasi DNA melibatkan beberapa protein baik berupa enzim maupun non-enzim
yaitu :
Polimerase DNA : enzim yang
berfungsi mempolimerisasi nukleotida-nukleotida
Ligase DNA : enzim yang berperan
menyambung DNA utas lagging
Primase DNA : enzim yang
digunakan untuk memulai polimerisasi DNA pada
lagging strand
Helikase DNA : enzim yang
berfungsi membuka jalinan DNA double heliks
Single strand DNA-binding protein
: mestabilkan DNA induk yang terbuka
Transkripsi
Transkripsi DNA merupakan proses
pembentukan RNA dari DNA sebagai cetakan. Proses transkripsi menghasilkan mRNA,
rRNA dan tRNA. Pembentukan RNA dilakukan oleh enzim RNA polymerase. Proses
transkripsi terdiri dari 3 tahap yaitu :
Inisiasi : enzim RNA polymerase
menyalin gen, sehingga pengikatan RNA polymerase terjadi pada tempat tertentu
yaitu tepat didepan gen yang akan ditranskripsi. Tempat pertemuan antara gen
(DNA) dengan RNA polymerase disebut promoter. Kemudian RNA polymerase membuka
double heliks DNA. Salah satu utas DNA berfungsi sebagai cetakan.
Elongasi : Enzim RNA polymerase
bergerak sepanjang molekul DNA, membuka double heliks dan merangkai ribonukleotida
ke ujung 3′ dari RNA yang sedang tumbuh.
Terminasi : terjadi pada tempat
tertentu. Proses terminasi transkripsi ditandai dengan terdisosiasinya enzim
RNA polymerase dari DNA dan RNA dilepaskan.
mRNA pada eukariota mengalami
modifikasi sebelum ditranslasi, sedangkan pada prokariota misalnya pada
bakteri, mRNA merupakan transkripsi akhir gen. mRNA yang baru ditranskrip ujung
5′nya adalah pppNpN, dimana N adalah komponen basa-gula nukleotida, p adalah
fosfat. mRNA yang masak memiliki struktur 7mGpppNpN, dimana 7mG adalah
nukleotida yang membawa 7 metil guanine yang ditambahkan setelah transkripsi.
Pada ujung 3′ terdapat pNpNpA(pA)npA. Ekor poli A ini ditambahkan berkat
bantuan polymerase poli (A). tetapi mRNA yang menyandikan histon, tidak
memiliki poli A.
Hasil transkripsi merupakan hasil
yang memiliki intron (segmen DNA yang tidak menyandikan informasi biologi) dan
harus dihilangkan, serta memiliki ekson yaitu ruas yang membawa informasi
biologis. Intron dihilangkan melalui proses yang disebut splicing. Proses
splicing terjadi di nukleus.
Splicing dimulai dengan
terjadinya pemutusan pada ujung 5′, selanjutnya ujung 5′ yang bebas menempelkan
diri pada suatu tempat pada intron dan membentuk struktur seperti laso yang
terjadi karena ikatan 5′-2′fosfodiester. Selanjutnya tempat pemotongan pada ujung
3 terputus sehingga dua buah ekson menjadi bersatu.
tRNA adalah molekul adaptor yang
membaca urutan nukleotida pada mRNA dan mengubahnya menjadi asam amino.
Struktur molekul tRNA adalah seperti daun semanggi yang terdiri dari 5 komponen
yaitu
Lengan aseptor: merupakan tempat
menempelnya asam amino,
Lengan D atau DHU: terdapat
dihidrourasil pirimidin,
Lengan antikodon: memiliki
antikodon yang basanya komplementer dengan basa pada mRNA
Lengan tambahan
Lengan TUU: mengandung T, U dan C
Translasi
Pada prokariota yang terdiri dari
satu ruang, proses transkripsi dan translasi terjadi bersama-sama. Translasi
merupakan proses penerjemahan kodon-kodon pada mRNA menjadi polipeptida. Dalam
proses translasi, kode genetic merupakan aturan yang penting. Dalam kode genetic,
urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugus tiga - tiga. Setiap gugus tiga
disebut kodon. Dalam translasi, kodon dikenali oleh lengan antikodon yang
terdapat pada tRNA.
Mekanisme translasi adalah:
Inisiasi. Proses ini dimulai dari
menempelnya ribosom sub unit kecil ke mRNA. Penempelan terjadi pada tempat
tertentu yaitu pada 5′-AGGAGGU-3′, sedang pada eukariot terjadi pada struktur
tudung (7mGpppNpN). Selanjutnya ribosom bergeser ke arah 3′ sampai bertemu
dengan kodon AUG. Kodon ini menjadi kodon awal. Asam amino yang dibawa oleh
tRNA awal adalah metionin. Metionin adalah asam amino yang disandi oleh AUG.
pada bakteri, metionin diubah menjadi Nformil metionin. Struktur gabungan
antara mRNA, ribosom sub unit kecil dan tRNA-Nformil metionin disebut kompleks
inisiasi. Pada eukariot, kompleks inisiasi terbentuk dengan cara yang lebih
rumit yang melibatkan banyak protein initiation factor.
Elongation. Tahap selanjutnya
adalah penempelan sub unit besar pada sub unit kecil menghasilkan dua tempat
yang terpisah . Tempat pertama adalah tempat P (peptidil) yang ditempati oleh
tRNA-Nformil metionin. Tempat kedua adalah tempat A (aminoasil) yang terletak
pada kodon ke dua dan kosong. Proses elongasi terjadi saat tRNA dengan
antikodon dan asam amino yang tepat masuk ke tempat A. Akibatnya kedua tempat
di ribosom terisi, lalu terjadi ikatan peptide antara kedua asam amino. Ikatan
tRNA dengan Nformil metionin lalu lepas, sehingga kedua asam amino yang
berangkai berada pada tempat A. Ribosom kemudian bergeser sehingga asam
amino-asam amino-tRNA berada pada tempat P dan tempat A menjadi kosong.
Selanjutnya tRNA dengan antikodon yang tepat dengan kodon ketiga akan masuk ke
tempat A, dan proses berlanjut seperti sebelumnya.
Terminasi. Proses translasi akan
berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA, UAG, UGA. Kodon-kodon ini
tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang sesuai. Selanjutnya masuklah
release factor (RF) ke tempat A dan melepaska rantai polipeptida yang terbentuk
dari tRNA yang terakhir. Kemudian ribosom berubah menjadi sub unit kecil dan
besar.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar