PERANAN DNA DAN RNA DALAM PEWARISAN SIFAT (HEREDITAS)

PENGARUH DNA DAN RNA

DALAM PEWARISAN SIFAT (HEREDITAS)

ADN Sebagai Materi Genetik

Setiap mahluk hidup tubuhnya tersusun dari sel . Didalam sel terdapat : inti sel ->      kromosom -> kromonema -> kromoner -> gen/DNA .

ü  kromosom sebagai : pembawa sifat

ü  gen sebagai : penentu sifat

Kromosom tersusun dari benang-benang yang disebut dengan kromonema.
Kromonema terdiri dari beberapa kromoner , didalam kromoner inilah
terdapat gen .

DNA/ADN adalah awal dari kehidupan, sebagai pengatur aktivitas .

A.    Fungsi

1.         Membawa informasi genetik dari satu generasi ke generasi berikutnya.

2.         Berperan dalam proses sintese protein.

3.         Mengontrol aktivitas sel, baik secara langsung maupun secara
tidak langsung .

4.          Membentuk ARN / RNA.

B.     Struktur kimia ADN

Menurut Watson dan Crick ( 1953 ), ADN digambarkan sebagai tangga tali
berpilin atau disebut ” double helix ” ( berpilin ganda ). DNA
terdiri dari dua utas benang polinukleotida yang sering berpilin.
Polinukleotida tersusun atas rankaian nukleotida . Nukleotida merupakan susunan kimia makromolekul yang komplek. Terdiri atas 3 macam molekul yaitu :

1.         Deoksiribosa yang merupakan gula pentosa

2.         Gugus posfat ,dan

3.    Basa nitrogen.Basa nitrogen. Terdiri atas 4 jenis, dikelompokkan menjadi dua bagian , yaitu :

·         purin terdiri atas guanin ( G ) dan adenin ( A ) - pirimidin terdiri atas timin ( T ) dan sitosin ( S/C )

·         Pasangan-pasangan basa nitrogen yang menghubungkan kedua
polinukleotida pada satu DNA selalu tetap, menurut aturan Chargaft yaitu sebagai berikut:

-                Pasangan Adenin dengan Timin membentuk 2 ikatan

-                Pasangan Guanin dengan Sitosin membentuk 3 ikatan

Dalam satu molekul DNA, untai gula dan fosfat berperan sebagai induk tangga, sedangkan untai basa merupakan anak tanngganya. Adapunikatan antara gula dan basa nitrogen atau ikatan gula dan fosfat disebut dengan ” nukleosida “.

C.     Sifat DNA

1. Bersifat stabil .

2. Jumlah keempat basa nitrogen dalam DNA dan dalam spesies tidak sama .
3. Di dalam DNA, jumlah A sama dengan T dan jumlah G sama dengan C.
4. DNA mampu melakukan penggandaan diri yang disebut dengan ” replikasi “.

D.     Replikasi ADN

 Sebelum menjelaskan tentang replikasi mari kita ketahui tentang kemampuan DNA :

1.        Heterokatalitik yaitu ADN mampu membentuk molekul kimia lain dari
sebagian rantainya .

2.      Autokatalitik yaitu Mampu memperbanyak diri (replikasi) sehingga terbentuk DNA baru .

Hipotesis mengenai replikasi DNA ada 3 ,sebagai berikut .

v  Hipotesis konservatif ,yaitu dua rantai DNA lama tetap tidak
berubah ,berfungsi sebagai cetakan untuk rantai DNA baru .

v  Hipotesis semikonservatif ,yaitu dua rantai DNA lama terpisah dan
rantai baru disintesis dengan prinsip komplementasi pada masing-masing
rantai DNA lama tersebut, sehingga dihasilkan dua molekul yang terdiri
dari satu untai DNA lama yang lengkap dan satu untai DNA baru.

v  Hipotesis dispersif , yaitu beberapa bagian dari kedua rantai lama
DNA digunakan sebagai cetakan untuk sintensis santai DNA baru
,sehingga dihasilkan dua molekul DNA lama dan DNA baru yang saling
berselang-seling pada tiap untai .

3.      Trankipsi yaitu pembentukan mRNA didalam inti oleh DNA.

4.      Proses pemanjangan asam amino membentuk protein .

SINTESIS PROTEIN

            Semua sel hidup mengandung berbagai jenis protein. Sel membuat sendiri protein-protein yang mereka perlukan. Pembuatan atau disebut juga sintesis protein adalah penyusunan asam amino pada rantai polipeptida. Sintesis protein menggunakan kombinasi berbagai jenis asam amino untuk menghasilkan beragam jenis protein yang berbeda. Jenis protein yang disintesis bergantung pada kode tertentu, berupa urutan basa DNA. Oleh karena itu, DNA berperan menentukan jenis protein yang akan dibuat di dalam sel. Jenis asam nukleat yang lain, yaitu RNA diperlukan untuk meletakkan protein secara bersama-sama. Proses sintesis protein ini terdiri dari dua tahapan, yaitu sebagai berikut.

A.      TRANSKRIPSI

Transkripsi (bahasa Inggris: transcription) dalam genetika adalah pembuatan RNA dengan menyalin sebagian berkas DNA. Transkripsi adalah bagian dari rangkaian ekspresi genetik. Pengertian asli "transkripsi" adalah alih aksara atau penyalinan. Di sini, yang dimaksud adalah mengubah "teks" DNA menjadi RNA. Sebenarnya, yang berubah hanyalah basa nitrogen timina di DNA yang pada RNA digantikan oleh urasil.

Proses transkripsi berlangsung sebagai berikut:

1.         Sebagian rantai ADN membuka, kemudian disusul oleh pembentukan rantai ARNd. Rantai ADN yang mencetak ARNd disebut rantai sense/template. Pasangan rantai sense yang tidak mencetak ARNd disebut rantai antisense.

2.         Pada rantai sense ADN didapati pasangan tiga basa nitrogen (triplet) yang disebut kodogen. Triplet ini akan mencetak triplet pada rantai ARNd yang disebut kodon. Kodon inilah yang disebut kode genetika yang berfungsi mengkodekan jenis asam amino tertentu yang diperlukan dalam sintesis protein. Selanjutnya boleh dikatakan bahwa ARNd atau kodon itulah yang merupakan kode genetika. Lihat daftar kodon dan asam amino yang dikodekannya di bawah ini.

3.         Setelah terbentuk, ARNd keluar dari inti sel melalui pori-pori membran inti menuju ke ribosom dalam sitoplasma.

Untuk setiap satu molekul protein yang dibentuk akan selalu dimulai dengan kodon inisiasi atau kodon start yaitu AUG yang mengkodekan asam amino metionin. Jika satu molekul protein telah terbentuk akan selalu diakhiri dengan tanda berupa kodon stop atau kodon terminasi, yaitu UGA, UAA, atau UAG (lihat daftar di atas).

Transkripsi mempunyai ciri-ciri kimiawi yang serupa dengan sintesis/replikasi DNA, yaitu :

1.      Adanya sumber basa nitrogen berupa nukleosida trifosfat. Bedanya dengan sumber basa untuk sintesis DNA hanyalah pada molekul gula pentosanya yang tidak berupa deoksiribosa tetapi ribosa dan tidak adanya basa timin tetapi digantikan oleh urasil. Jadi, keempat nukleosida trifosfat yang diperlukan adalah adenosin trifosfat (ATP), guanosin trifosfat (GTP), sitidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP).

2.      Adanya untai molekul DNA sebagai cetakan. Dalam hal ini hanya salah satu di antara kedua untai DNA yang akan berfungsi sebagai cetakan bagi sintesis molekul RNA. Untai DNA ini mempunyai urutan basa yang komplementer dengan urutan basa RNA hasil transkripsinya, dan disebut sebagai pita antisens. Sementara itu, untai DNA pasangannya, yang mempunyai urutan basa sama dengan urutan basa RNA, disebut sebagai pita sens. Meskipun demikian, sebenarnya transkripsi pada umumnya tidak terjadi pada urutan basa di sepanjang salah satu untai DNA. Jadi, bisa saja urutan basa yang ditranskripsi terdapat berselang-seling di antara kedua untai DNA. 

3.      Sintesis berlangsung dengan arah 5’→ 3’ seperti halnya arah sintesis DNA.

4.      Gugus 3’- OH pada suatu nukleotida bereaksi dengan gugus 5’- trifosfat pada nukleotida berikutnya menghasilkan ikatan fosofodiester dengan membebaskan dua atom pirofosfat anorganik (PPi). Reaksi ini jelas sama dengan reaksi polimerisasi DNA. Hanya saja enzim yang bekerja bukannya DNA polimerase, melainkan RNA polimerase. Perbedaan yang sangat nyata di antara kedua enzim ini terletak pada kemampuan enzim RNA polimerase untuk melakukan inisiasi sintesis RNA tanpa adanya molekul primer.  

B.       TRANSLASI

Kodon- kodon dari dRNA diperlukan untuk membangun protein didalam sitoplasma. Proses ini dinamakan translasi. Pada saat translasi terjadi proses penerjemahan kode asli dari ADN menjadi sebuah protein serta interaksi antara dRNA dengan tRNA. Setiap unit tRNA dapat terikat terhadap kodon dRNA pelengkapnya dan mengikat asam amino khusus. Tiga basa tRNA disebut antikodon.

Lalu bagaimana jalannya proses translasi itu? Selama translasi, dRNA untuk sementara terikat ke ribosom. Ribosom- ribosom kelihatan bergerakdisepanjang dRNA dan menunjukkan setiap kodon kepada tRNA. Tugas tRNA adalah menerjemahkan kodon yang terdapat pada dRNA serta mengangkut satu per satu asam amino dari dalam sitoplasma dan membawanya ke ARNd. Ketika antikodon dari tRNA mengikat kodon yang sesuai dengan dRNA, setiap asam amino ditempatkan pada susunan yang sesuai untuk membentuk sebuah protein khusus. Setelah sebuah asam amino ditempatkan dalam bentuk protein, satu ikatan peptida dibentuk diantara setiap asam amino. Kemudian, terjadi pemutusan ikatan yang lemah diantara tRNA dan asam amino. tRNA akan bebas kembali dan dapat mengangkut asam amino yang lain di dalam sitoplasma.

Proses sintesis protein dalam ribosom berlangsung terus sampai sebuah kodon stop(kodon akhir) diperoleh. Translasi adalah proses penerjemahan kode genetik oleh tRNA ke dalam urutan asam amino. Translasi menjadi tiga tahap (sama seperti pada transkripsi) yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Semua tahapan ini memerlukan faktor-faktor protein yang membantu mRNA, tRNA, dan ribosom selama proses translasi. Inisiasi dan elongasi rantai polipeptida juga membutuhkan sejumlah energi. Energi ini disediakan oleh GTP (guanosin triphosphat), suatu molekul yang mirip dengan ATP.

1.         Inisiasi

Tahap inisiasi terjadi karena adanya tiga komponen yaitu mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom.mRNA yang keluar dari nukleus menuju sitoplasma didatangi oleh ribosom, kemudian mRNA masuk ke dalam “celah” ribosom. Ketika mRNA masuk ke ribosom, ribosom “membaca” kodon yang masuk. Pembacaan dilakukan untuk setiap 3 urutan basa hingga selesai seluruhnya. Sebagai catatan ribosom yang datang untuk mebaca kodon biasanya tidak hanya satu, melainkan beberapa ribosom yang dikenal sebagai polisom membentuk rangkaian mirip tusuk satu, di mana tusuknya adalah “mRNA” dan daging adalah “ribosomnya”.

Dengan demikian, proses pembacaan kodon dapat berlangsung secara berurutan. Ketika kodon I terbaca ribosom (misal kodonnya AUG), tRNA yang membawa antikodon UAC dan asam amino metionin datang. tRNA masuk ke celah ribosom.

Ribosom di sini berfungsi untuk memudahkan perlekatan yang spesifik antara antikodon tRNA dengan kodon mRNA selama sintesis protein. Sub unit ribosom dibangun oleh protein-protein dan molekul-molekul RNA ribosomal.

2.         Elongasi

Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin). Ribosom terus bergeser agar mRNA lebih masuk, guna membaca kodon II. Misalnya kodon II UCA, yang segera diterjemahkan oleh tRNA berarti kodon AGU sambil membawa asam amino serine. Di dalam ribosom, metionin yang pertama kali masuk dirangkaikan dengan serine membentuk dipeptida.

Ribosom terus bergeser, membaca kodon III. Misalkan kodon III GAG, segera diterjemahkan oleh antikodon CUC sambil membawa asam amino glisin. tRNA tersebut masuk ke ribosom. Asam amino glisin dirangkaikan dengan dipeptida yang telah terbentuk sehingga membentuk tripeptida. Demikian seterusnya proses pembacaan kode genetika itu berlangsung di dalam ribobom, yang diterjemahkan ke dalam bentuk asam amino guna dirangkai menjadi polipeptida.

Kodon mRNA pada ribosom membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon molekul tRNA yang baru masuk yang membawa asam amino yang tepat. Molekul mRNA yang telah melepaskan asam amino akan kembali ke sitoplasma untuk mengulangi kembali pengangkutan asam amino. Molekul rRNA dari sub unit ribosom besar berfungsi sebagai enzim, yaitu mengkatalisis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba.

3.         Terminasi

Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga kodon stop mencapai ribosom. Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sinyal untuk menghentikan translasi. Polipeptida yang dibentuk kemudian “diproses” menjadi protein.

Posted in: Makalah