Genom eukariota
berada dalam nukleus sebagai kromatin. Bentuk padat kromatin disebut
kromosom. Kromatin dibedakan berdasarkan daya serap terhadap zat warna
menjadi:
- Heterokromatin: yaitu
kuat menyerap warna
- Eukromatin: kromatin
tersebut kurang kuat menyerap warna.
Kromatin
berdasarkan lokasinya dapat dibedakan menjadi:
- Kromatin perinuklear:
yaitu kromatin yang berlokasi di sekeliling nucleolus
- Kromatin intranukleolar:
kromatin yang berada di dalam nucleolus
- 3.
Kromatin periferal: kromatin yang berikatan dengan selaput sel
Berdasarkan
peranannya, heterokromatin dibedakan menjadi:
- Heterokromatin
fakultatif: DNA tidak selamanya dalam keadaan mampat, tetapi pada
saat-saat tertentu kromatin terurai,dan pada saat terurai kromatin ini
dapat disalin.
- Heterokromatin
konstitutif: DNA selamanya tidak aktif dan tetap berada dalam keadaan
mampat
Kromatin terdiri
dari DNA, RNA dan protein. Protein pada kromatin adalah protein histon
dan non-histon. Protein non-histon pada kromatin merupakan protein
struktural antara lain aktin, tubulin α dan tubulin β dan myosin. Di
samping itu juga terdapat protein yang bersifat enzimatik seperti RNA
polymerase, asetil transferase.
Melalui pengamatan
dengan mikroskop elektron, terlihat kromatin memiliki struktur seperti untaian
manik-manik yang disebut nukleosom. Manik-manik berdiameter 10 nm dan
filament penghubungnya berdiameter 2 nm. Nukleosom terdiri dari suatu
pusat, DNA dan histon H1. Pusat merupakan empat pasang histon yaitu H2A,
H2B, H3 dan H4. Pusat ini dililit oleh DNA sebanyak dua kali lilitan.
DNA terdiri dari
gula deoksiribosa, basa nitrogen dan fosfat. Basa nitrogen terdiri dari
purin (adenine dan guanin) dan pirimidin (sitosin dan timin). Bertindak
sebagai tulang punggung rantai DNA adalah gula dan fosfat. Struktur DNA
adalah double heliks dengan gula-fosfat berada di luar. Dua buah pilinan
dihubungkan dengan ikatan hidrogen antara basa-basa DNA. Basa adenine (A)
berpasangan dengan timin (T) dengan dua ikatan hidrogen, sedangkan basa sitosin
(C) berpasangan dengan basa guanine (G) melalui tiga ikatan hidrogen.
DNA prokariot
berbentuk sirkular. Di dalam sel bakteri, DNA dikemas dalam bentuk
nukleoid. Di dalam sel yang laju sintesisnya tinggi, permukaan
nukleoid bergelombang, sedang nukleoid yang tidak aktif tampak padat.
Jika sintesis tinggi, DNA mengurai dari nukleoid untuk menyediakan
cetakan. Nukleoid selain mengandung DNA juga mengandung RNA dan protein
terutama RNA polymerase. Protein dan RNA nukleoid menjaga agar DNA tetap
dalam keadaan bergelung. Jika nukleoid diberikan RNAse, DNA akan terurai.
Pada virus,
informasi genetik tidak hanya berada dalam bentuk DNA. RNA juga mempunyai
kemampuan genomik. Virus mengandung DNA atau RNA.
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
Replication fork
berasal dari struktur yang disebut replication bubble yaitu daerah
menggelembung tempat pilinan DNA induk terpisah untuk berfungsi sebagi cetakan
pada sintesis DNA.
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.
Nukleotida
promoter pada eukariot adalah 5′-GNNCAATCT-3′ dan 5′- TATAAAT-3′. Simbul
N menunjukkan nukleotida (bisa berupa A, T, G, C). Pada prokariot, urutan
promotornya adalah 5′-TTGACA-3′ dan 5′-TATAAT-3′.
- 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.
rRNA dan tRNA
merupakan hasil akhir dari proses transkrips, sedangkan mRNA akan mengalami
translasi.
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.
Pustaka:
Albert, B., D.
Bray, J. lewis, M. Raff, K. Roberts, J.D. Watson. 1994. Molecular
Biology of the cell. Garland Publishing, Inc, New York.
Campbell, N.A.,
Reece, J.B., Mitchell, L.G. 2002. Biologi. Alih bahasa lestari, R.
et al. safitri, A., Simarmata, L., Hardani, H.W. (eds). Erlangga,
Jakarta.
Reksoatmodjo,
S.M.I. 1993. Biologi Sel. Departemen Pendidikan dan
kebudayaan, Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Proyek Pembinaan Tenaga
Kependidikan, Pendidikan Tinggi.
Watson, J.D., T.A.
Baker, S.P. Bell, A. Gann, M. Levine, R. Losick. 2008. Molecular Biology
of The Gene. Pearson Education, Inc, San Francisco.
No comments:
Post a Comment