a Replikasi DNA - sma12bio Biologi Siti

Setiap sel dapat memperbanyak diri dengan cara membelah. Se- buah sel membelah menjadi 2 sel, 2 sel membelah menjadi 4 sel, 4 sel membelah menjadi 8 sel dan seterusnya. Sebelum sel membelah, terjadi perbanyakan komponen-komponen di dalam sel termasuk DNA. Perbanyakan DNA dilakukan dengan cara replikasi. Dengan demikian,

replikasi adalah proses pembuatan (sintesis) DNA baru atau penggan-

daan DNA di dalam nukleus. Pada saat replikasi berlangsung, DNA induk membentuk kopian DNA anak yang sama persis sehingga DNA induk berfungsi sebagai cetakan untuk pembentukan DNA baru.

K i l a s

Pada pelajaran biologi kelas XI tentang sistem pencernaan makanan, protein merupakan senyawa senyawa organik berukuran besar yang tersusun oleh monomer-monomer berupa asam amino. Asam amino yang satu dengan asam amino yang lain membentuk molekul peptida. Peptida- peptida tersebut akhirnya membentuk polipeptida yang kemudian membentuk protein.

Setelah Watson dan Crick menemukan model DNA yang berupa heliks ganda terpilin pada tahun 1953, munculah 3 macam hipotesis tentang cara atau model DNA bereplikasi (Gambar 3.11), antara lain:

1) Model Konservatif

Menurut hipotesis ini, rantai ganda DNA induk langsung membentuk salinan berupa rantai ganda DNA baru tanpa ada pemisahan rantai ganda DNA induk terlebih dahulu. Replikasi pertama menghasilkan dua rantai ganda DNA, terdiri dari satu rantai ganda DNA induk dan satu rantai ganda DNA yang benar-benar baru. Pada replikasi kedua, masing-masing rantai ganda DNA tersebut langsung membentuk salinan DNA yang baru lagi. Akhirnya, menghasilkan empat buah DNA. Satu DNA tetap merupakan DNA induk yang utuh dan tiga DNA merupakan DNA baru.

2) Model Semi Konservatif

Hipotesis model semi konservatif ini dikemukakan oleh Watson dan Crick, menyatakan bahwa rantai ganda DNA induk membuka atau memisah terlebih dahulu sehingga terbentuk dua buah rantai tunggal DNA. Masing-masing rantai tunggal tersebut berfungsi sebagai cetakan untuk membentuk rantai tunggal DNA baru, melalui pembentukan pasangan basa yang komplementer dengan basa nitrogen DNA induk. Dengan demikian, hasil replikasi pertama adalah dua buah DNA. Masing-masing DNA terdiri dari satu rantai tunggal induk dan satu rantai tunggal yang baru. Pada replikasi kedua, masing-masing rantai ganda DNA tersebut membuka kembali sehingga dihasilkan empat buah DNA. Dua buah DNA mengandung rantai tunggal induk dan dua buah DNA yang lain merupakan rantai DNA baru.

3) Model Dispersif

Rantai ganda DNA hasil replikasi pertama maupun replikasi ke dua dari DNA induk mengandung segmen campuran antara rantai DNA induk dan rantai DNA baru. Artinya, rantai ganda DNA salinannya terdiri dari dua rantai

tunggal DNA yang masing-masing mengandung segmen (bagian atau potongan) DNA induk dan segmen DNA baru.

Pada akhir tahun 1950-an, Mat- thew Meselson dan Franklin Stahl

melakukan percobaan untuk mengu- ji ketiga hipotesis tersebut. Ternyata, hasil percobaannya mendukung hipotesis atau ide dari Watson dan Crick yaitu model semi konservatif.

Gambar 3.11

Tahapan transkripsi RNA a. konservatif

b. semi konservatif c. dispersif

Galeri

RNA Virus dapat Membentuk DNA

Menurut Baltimore, Mizushi- ma, dan Temin (1970), beberapa virus dapat mensintesis DNA dari RNA hasil cetakan yang berantai tunggal. Enzim yang berperan disebut DNA polimerase bergantung RNA atau Transkriptase Seba- liknya. Suryo, Genetika, hlm. 101 (a) (b) (c) Campbell, R eece, & M itchell, B iologi 1, hlm. 305

Gambar 3.12

Tahapan replikasi DNA

Replikasi merupakan tahapan rumit yang mengawali sintesis protein. Oleh karena itu, kalian perlu menyimak dengan saksama.

Proses replikasi dimulai pada beberapa daerah spesiﬁ k dari rantai DNA, disebut pangkal replikasi. Beberapa tahapan dan enzim yang

berperan dalam sintesis protein, antara lain:

a) DNA helikase, berfungsi untuk membuka rantai ganda DNA induk.

b) Enzim primase, membentuk primer yang merupakan segmen pendek dari RNA sebagai pemula untuk terjadinya sintesis protein. c) Dari ujung 3´ RNA primer, DNA polimerase menambahkan pasangan basa nitrogen (dari nukleotida-nukleotida) pada rantai tunggal DNA induk dan terbentuk rantai DNA yang bersambungan secara kontinyu (tanpa terpisah-pisah) yang disebut leading strand.

d) Pada rantai tunggal DNA induk yang lain, DNA polimerase membentuk lagging strand (merupakan keseluruhan rantai kopian DNA yang pertumbuhannya tidak kontinyu) dengan memper- panjang RNA primer-RNA primer di beberapa tempat sehingga membentuk segmen-segmen DNA baru yang saling terpisah. Seg- men-segmen itulah yang disebut fragmen Okazaki.

e) DNA polimerase yang lainnya, menggantikan RNA primer dengan DNA dan enzim ligase menghubungkan segmen-segmen okazaki, sehingga terbentuk salinan DNA baru.

Nah, DNA baru yang telah terbentuk (identik dengan DNA induk) akan melanjutkan tahapan untuk mensintesis protein yaitu tahapan transkripsi dan translasi.

b. Transkripsi

Pada tahapan ini, DNA akan membentuk RNA dengan cara menerjemahkan kode-kode genetik dari DNA. Proses pembentukan RNA ini disebut transkripsi, yang menghasilkan 3 macam RNA seperti

yang telah kalian ketahui sebelumnya, yaitu RNA m, RNA t, dan RNA r. Transkripsi terjadi di dalam sitoplasma dan diawali dengan mem- bukanya rantai ganda DNA melalui kerja enzim RNA polimerase. Se- buah rantai tunggal berfungsi sebagai rantai cetakan atau rantai sense,

Campbell, R

eece, & M

itchell, B

rantai yang lain dari pasangan DNA ini disebut rantai anti sense. Tidak

seperti halnya pada replikasi yang terjadi pada semua DNA, transkripsi ini hanya terjadi pada segmen DNA yang mengandung kelompok gen tertentu saja. Oleh karena itu, nukleotida nukleotida pada rantai sense yang akan ditranskripsi menjadi molekul RNA dikenal sebagai unit transkripsi.

Transkripsi meliputi 3 tahapan, yaitu tahapan inisiasi, elongasi, dan terminasi.

1) Inisiasi (Permulaan)

Jika pada proses replikasi dikenal daerah pangkal replikasi, pada transkripsi ini dikenal promoter, yaitu daerah DNA sebagai tempat

melekatnya RNA polimerase untuk memulai transkripsi. RNA polimerase melekat atau berikatan dengan promoter, setelah promoter berikatan dengan kumpulan protein yang disebut faktor transkripsi. Nah,

kumpulan antara promoter, RNA polimerase, dan faktor transkripsi ini disebut kompleks inisiasi transkripsi. Selanjutnya, RNA polimerase

membuka rantai ganda DNA.

2) Elongasi (Pemanjangan)

Setelah membuka pilinan rantai ganda DNA, RNA polimerase ini kemudian menyusun untaian nukleotida-nukleotida RNA dengan arah 5´ ke 3´. Pada tahap elongasi ini, RNA mengalami pertumbu-

han memanjang seiring dengan pembentukan pasangan basa nitrogen DNA. Pembentukan RNA analog dengan pembentukan pasangan basa nitrogen pada replikasi. Pada RNA tidak terdapat basa pirimidin timin (T), melainkan urasil (U). Oleh karena itu, RNA akan membentuk pasangan basa urasil dengan adenin pada rantai DNA. Tiga macam basa yang lain, yaitu adenin, guanin, dan sitosin dari DNA akan berpasangan dengan basa komplemennya masing-masing sesuai dengan pengaturan pemasangan basa. Adenin berpasangan dengan urasil dan guanin dengan sitosin (Gambar 3.13).

3) Terminasi (Pengakhiran)

Penyusunan untaian nukleotida RNA yang telah dimulai dari daerah promoter berakhir di daerah terminator. Setelah transkripsi selesai, rantai DNA menyatu kembali seperti semula dan RNA polimerase segera terlepas dari DNA. Akhirnya, RNA terlepas dan terbentuklah RNA m yang baru.

Pada sel prokariotik, RNA hasil transkripsi dari DNA, langsung berperan sebagai RNA m. Sementara itu, RNA hasil transkripsi gen pengkode protein pada sel eukariotik, akan menjadi RNA m yang fungsional (aktif) setelah malalui proses tertentu terlebih dahulu.

Dengan demikian, pada rantai tunggal RNA m terdapat beberapa urut-urutan basa nitrogen yang merupakan komplemen (pasangan) dari pesan genetik (urutan basa nitrogen) DNA. Setiap tiga macam urutan basa nitrogen pada nukleotida RNA m hasil transkripsi ini disebut sebagai triplet atau kodon.

U U

Gambar 3.13

c. Translasi

Setelah replikasi DNA dan transkripsi RNA m di dalam nukleus, RNA m dari nukleus dipindah- kan ke sitoplasma sel. Langkah selanjutnya adalah proses translasi RNA m untuk membentuk protein. Translasi merupakan proses penerjemahan beberapa triplet atau kodon dari RNA m menjadi asam amino-asam amino yang akhirnya membentuk protein. Urutan basa nitrogen yang berbeda pada setiap triplet, akan diterjemahkan menjadi asam amino yang berbeda. Misalnya, asam amino fenilalanin diterjemahkan dari triplet UUU (terdiri dari 3 basa urasil), asam amino triptofan (UGG), asam amino glisin (GGC), dan asam amino serin UCA. Sebanyak 20 macam asam amino yang diperlukan untuk pembentukan protein merupakan hasil terjemahan triplet dari RNA m. Selanjutnya, dari beberapa asam amino (puluhan, ratusan, atau ribuan) tersebut dihasilkan rantai polipeptida spesiﬁ k dan akan membentuk protein spesiﬁ k pula. Sebelum kalian melanjutkan bahasan tentang tahapan translasi, lakukanlah rubrik Diskusi berikut ini.

Lalu, bagaimana mekanisme translasi tersebut? Langkah-langkah pada proses translasi adalah sebagai berikut:

1) Inisiasi Translasi

Ribosom sub unit kecil mengikatkan diri pada RNA m yang telah membawa sandi bagi asam amino yang akan dibuat, serta mengikat pada bagian inisiator RNA t. Selanjutnya, molekul besar ribosom juga ikut terikat bersama ketiga molekul tersebut membentuk kompleks inisiasi.

Molekul-molekul RNA t mengikat dan memindahkan asam amino dari sitoplasma menuju ribosom dengan menggunakan energi GTP dan enzim. Bagian ujung RNA t yang satu membawa antikodon, berupa triplet basa nitrogen. Sementara, ujung yang lain membawa satu jenis asam amino dari sitoplasma. Kemudian, asam amino tertentu tersebut diaktifkan oleh RNA t tertentu pula dengan menghubungkan antikodon dan kodon (pengkode asam amino) pada RNA m.

Kodon pemula pada proses translasi adalah AUG, yang akan mengkode pembentukan asam amino metionin. Oleh karena itu, antikodon RNA t yang akan berpasangan dengan kodon pemula adalah

Diskusikanlah dengan teman kalian, mungkinkah dalam proses translasi dapat terjadi kesalahan dalam menerjemahkan kode-kode genetik yang dibawa oleh RNA m? Apa yang akan terjadi dari kemungkinan tersebut? Kalian dapat mencari informasi yang mendukung jawaban kalian.

D i s k u s i

5 3 3 5 5 3 3 5 5 3 3 5 Inisiasi 1 Elongasi 2 Terminasi 3 5 3 5 3 5 3 3 5 promoter unit transkripsi

terminator DNA gen

RNA polimerase titik awal titik terminasi

RNA

DNA terbuka untai cetakan DNA

RNA hasil transkripsi

Gambar 3.14

Tahapan transkripsi RNA

Gambar 3.15

Tahap inisiasi translasi

sub unit ribosom besar met UAC AUG sub unit ribosom kecil

kodon pemula (start kodon)

UAC. RNA t tersebut membawa asam amino metionin pada sisi pembawa asam aminonya.

2) Elongasi

Tahap pengaktifan asam amino terjadi kodon demi kodon sehingga dihasilkan asam amino satu demi satu. Asam-asam amino yang telah diaktifkan oleh kerja RNA t sebelumnya, dihubungkan melalui ikatan peptida membentuk polipeptida pada ujung RNA t pembawa asam amino. Misalnya, RNA t membawa asam amino fenilalanin, maka antikodon berupa AAA kemudian berhubungan dengan kodon RNA m UUU. Fenilalanin tersebut dihubungkan dengan metionin membentuk peptida. Nah, melalui proses elongasi, rantai polipeptida yang sedang tumbuh tersebut semakin panjang akibat penambahan asam amino.

3) Terminasi

Proses translasi berhenti setelah antikodon yang dibawa RNA t bertemu dengan kodon UAA, UAG, atau UGA. Dengan demikian, rantai polipeptida yang telah terbentuk akan dilepaskan dari ribosom dan diolah membentuk protein fungsional.

Gambar 3.16

Tahap elongasi translasi a. RNA t membawa antikodon

AAA & asam amino (fenilalanin)

b. antikodon AAA berpasangan dengan kodon RNA m c. pembentukan ikatan peptida d. pemanjangan rantai

polipeptida & ribosom siap menerima RNA t selanjutnya

met fen met fen fen met fen met a b c d RNA m 5´ 3´ 5´ 3´ 5´ kodon stop (UAG, UAA, atau UGA)

3´

polipeptida bebas

pelepasan sub unit kromosom Gambar 3.17 Terminasi translasi Campbell, R eece, & M itchell, B iologi 1, hlm. 329 Campbell, R eece, & M itchell, B iologi 1, hlm. 330

Setelah kalian mempelajari tahapan dalam sintesis protein, simaklah uraian berikut ini agar kalian lebih mudah memahami sintesis protein.

2. Kode Genetik dalam Sintesis Protein

Sekarang kita sudah memperoleh jawaban tentang bagaimana bahasa DNA yang hanya memiliki 4 basa nitrogen dapat diterjemahkan menjadi bahasa protein. Rahasia ini terbongkar sejak tahun 1961 oleh Marshal Nirenberg dan Mathei. Mereka melakukan percobaan

menggunakan E. coli dengan asam poli urasil. Menurut hasil percobaan tersebut, cetakan UUU yang dibawa oleh RNA m, artinya adalah asam amino fenilalanin. Dengan cara yang sama, triplet CCC diartikan sebagai prolin dan triplet AAA artinya asam amino lisin.

Pada kamus kode genetik terdapat 64 kombinasi triplet untuk 20 asam amino. Jadi, terdapat asam amino tertentu melebihi triplet ( kodon). Setiap triplet disusun oleh 3 basa nitrogen. Rangkaian tiga basa nitrogen yang menyusun kode disebut triple atau trikodon atau kodon. Rangkaian tiga basa nitrogen yang ada pada DNA yang bertugas membuat kode-kode disebut kodogen (agen pengkode).

Jika kalian perhatikan, dari 64 triplet nukleotida terdapat 3 buah kode yaitu UAG, UAA dan UGA tidak menyandi asam amino apa- pun. Kodon- kodon tersebut adalah kodon- kodon yang tak bernuksa (nonsense) yang secara umum menjadi tanda berakhirnya rantai polipeptida. Kodon AUG menjadi kodon sandi asam amino metionin serta sebagai tanda dimulainya rantai polipeptida.

Heliks DNA merupakan material kromosom yang membawa informasi genetik. DNA tersebut memiliki kemampuan membentuk atau membuat RNA d (RNA kurir = RNA m) melalui proses transkripsi. Pesan-pesan DNA dicetak sebagai kode-kode. Heliks DNA yang bertugas mencetak kode-kode disebut DNA template ( DNA

sense), sedangkan rantai DNA pasangannya disebut DNA anti sense.

Satu kromosom adalah satu molekul DNA. Satu molekul DNA mengandung jutaan pasangan nukleotida, artinya sebuah heliks DNA mengandung jutaan nukleotida. Tidak semua kode-kode yang ada pada DNA ditranskripsikan. Transkripsi DNA bersifat selektif. Kode- kode yang ditraskripsikan ditujukan untuk urutan asam amino yang telah ditentukan secara genetik. DNA sense melalui proses transkripsi membentuk RNA d. Basa nitrogen yang ada pada RNA d yang merupakan pesan DNA, disebut kodon. Selanjutnya proses sintesis protein yang terjadi merupakan proses terjemahan kodon- kodon yang dibawa oleh RNA d.

Apakah yang akan terjadi jika RNA transfer salah dalam menter- jemahkan kodon? Yang akan terjadi adalah terbentuknya asam amino yang tidak sesuai dengan pesanan DNA (tidak sesuai dengan harapan). Asam amino yang berbeda membentuk protein yang berbeda, protein yang berbeda membentuk enzim yang berbeda, sehingga sifat yang dikendalikan juga berbeda. Apabila terjadi kesalahan seperti ini, maka dapat bersifat menurun dan menyebabkan terjadinya mutasi.

Galeri

Kodon pada Khamir

Mitokondria khamir menggunakan kodon di luar kamus kodogen. Kode AUA tidak menyandi isoleusin tetapi menyandi metionin. UGA biasanya untuk penghen- tian tetapi mensandikan triptofan.

Dengan penjelasan di atas dapat dipertegas bahwa kesalahan RNA t dalam menerjemahkan kodon- kodon RNA d merupakan mekanisme terjadinya mutasi gen (mutasi akan dibahas pada bab tersendiri).

Agar kalian dapat memahami dengan baik tentang sintesis protein, lakukanlah rubrik Percobaan dan Uji Kompetensi berikut ini.

Asam Amino Kodon atau Triplet Asam amino Kodon atau Triplet AA Kodon Fenilal-

anin UUUUUC Lisin AAAAAG Tirosin UAUUAC Leusin UUA UUG CUU CUC CUA CUG Aspara-

gin GAUGAC Alanin GCUGCC GCA GCG Isoleusin AUU AUG AUA Gluta-

min GAAGAG Histi-din CAUCAC

Metio-

nin AUG (start kodon)

Sistein UGU

UGC Glisin CAACAG GGU GGC GGA GGG

Tabel 3.2. Kodon dan Asam Aminonya

Asam Amino Kodon atau Triplet Asam amino Kodon atau Triplet AA Kodon Valin GUU GUC GUA GUG Arginin CGU CGC CGA CGG AGA AGG h reo- nin UAUUAC

Serin UCU UCC UCA UCG AGU AGC Asam Aspar- tat GAU

GAC Tripto-fan UGG

Prolin CCU CCC CGA CCG Asam Gluta- mat GAA

GAG Stop Kodon UAAUAG UGA

Suryo, Genetika, hlm. 90 (dengan pengembangan)

P e r c o b a a n

Dalam dokumen sma12bio Biologi Siti (Halaman 93-100)