DNA membawa informasi genetik setiap sela yang mengandung ribuan gen. Setiap gen bertindak untuk membentuk molekul protein agar setiap sel dapat menjalankan fungsinya dengan baik. DNA tidak dapat membentuk protein secara langsung. DNA akan membentuk molekul polinukleotida lain, yaitu RNA yang berperan sebagai cetak biru (blueprint) sitesis protein.
Sintesis protein terdiri dari beberapa tahap yaitu transkripsi, dan translasi. Sebelum sel membelah, DNA akan mengadakan (duplikasi) terlebih dahulu. Tahap ini disebut replikasi. Ketika protein diperlukan, akan dibentuk RNAd untuk membawa kode genetik. Tahap ini disebut transkripsi selain menghasilkan RNAd pada proses transkripsi juga dihasilkan RNAt & RNAr. RNSd yang terbentuk akan dibawa keluar dari inti sel. Di luar inti sel, akan dibentuk protein berdasarkan kode yang dibawa olehh RNAd. Tahap ini disebut translasi.
1. Transkripsi
Proses penting lain yang menjadikan DNA sebagai molekul istimewa adalah DNA dapat melakukan transkripsi. Pada proses transkripsi, DNA memindahkan informasi yang dibawanya ke molekul lain. Molekul lain yang dimaksud adalah RNA. Proses ini berlangsung di inti sel.
Proses transkripsi berlangsung pada salah satu pita DNA. Pita DNA yang ditranskripsi disebut pita DNA cetakan atau DNA template dan lazim disebut sebagai pita antisense. Pita DNA yang menjadi pita cetakan tergantung pada waktu (selama tahap perkembangan individu tersebut) dan tempat DNA itu berada pada sel atau jaringan tubuh individu yang bersangkutan. Dengan demikian pada suatu waktu dan tempat tertentu, suatu pita DNA dapat bertindak sebagai cetakan sedangkan pita DNA komplementernya (yang selanjutnya disebut sense) tidak ditranskripsi. Namun pada waktu dan tempat yang lain dapat terjadi proses sebalikmya.
Proses transkripsi hampir sama dengan proses replikasi, yaitu pita DNA cetakan akan ’mencetak’ pita pasangannya yang saling komplementer dengan arah 5’ 3’. Hanya saja hasilnya bukan merupakan DNA tetapi molekul RNAd. Proses ini memerlukan enzim RNA polymerase yang bertugas ’membaca’ pita DNA cetakan dan selanjutnya menambahkan satu demi satu nukleotida pada rantai RNAd yang sedang tumbuh.
a. Inisiasi, pada tahap ini RNA polimerase berikatan dengan potongan DNA yang disebut promoter. Promoter merupakan titik awal transkripsi dan berperan dalam menentukan pita DNA yang digunakan sebagai cetakan. Selama proses transkripsi, pilinan ganda DNA akan terbuka.
b. Elongasi, pada tahap ini RNA polimerase menambahkan nukleotida satu per satu pada pita RNAd. Enzim RNA polimerase akan merangkai nukleotida pada pita RNAd dengan arah 5’ 3’. Sama seperti tahap
replikasi, setiap nukleotida yang ditambahkan mengikuti aturan pasangan basa, kecuali untuk basa nitrogen A akan ditambahkan basa U (karena RNA tidak memiliki basa nitrogen T). Berikut ini contoh pembentukan pita RNA baru dari pilinan ganda DNA.
c. Terminasi, yaitu pada tahap akhir transkripsi pada urutan DNA yang disebut terminator, Terminator merupakan urutan nukleotida pada DNA yang berperan dalam menghentikan proses transkripsi.
Pada sel eukariotik proses transkripsi terjadi di dalam inti sel. RNA yang dihasilkan pada transkripsi ajan menjalankan tugasnya di luar inti sel atau di sitoplasma. Oleh sebab itu proses transkripsi pada sel eukariotik terpisah dengan proses translasi. Proses transkripsi terjadi sampai selesai di dalam inti sel. Lalu selanjut nya RNAd yang dibentuk mengalami pemrosesan sampai menjadi RNAd yang siap melakukan translasi (RNAd matang). RNAd yasng siap melakukan translasi akan keluar dari inti sel menuju sitoplasma. Di sitoplasma inilah RNAd memancu terjadinya sintesis protein.
Sebaliknya, pada sel prokariotik proses transkripsi umumnya terjadi bersamaan dengan proses translasi. Molekul RNAd yang belum selesai terbentuk dalam proses transkripsi segera melakukan proses translasi. Hal ini dimungkinkan karena di sitoplasma terdapat perangkat-perangkat yang diperlukan untuk terjadinya proses translasi seperti ribosom, asam amino, enzim, ATP, dan RNAt. Dengan demikian proses metabolesme yang terjadi pada sel-sel prokariotik jauh lebih cepat dibandingkan dengan organisme yang tubuhnya tersusun atas sel-sel eukariotik.
2. Translasi
Pada tahap translasi, informasi genetik yang dibawa oleh RNAd akan diterjemahkan menjadi asam amino yang sesuai berdasarkan kode genetik. Kode genetik adalah kode yang mengatur perubahan materi genetik (DNA atau RNA) menjadi protein (asam amino). Satu asam amino dikode oleh tiga (triplet) basa yang disebut kodon. Translasi adalah proses pembentukan protein yang dilakukan oleh ribosom dengan menggunakan RNAd matang, hasil proses transkripsi. Proses translasi juga terdiri dari tiga tahap, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi.
a. Aktivasi adalah proses pengikatan asam amino yang terdapat di sitoplasma oleh RTN transfer dengan bantuan aminoasil tRNA sintetase.
b. Inisiasi, merupakan tahap awal translasi. Setelah sampai di sitoplasma, pada kodon AUG, RNAd akan berikatan dengan sub unit kecil ribosom. Kodon ini disebut Kodon Start yang memberikan sinyal dimulainya proses translasi. Kodon start berpasangan dengan antikodon, yaitu bagian RNAf inisiator yang membawa asam amino metionin. Kemudian sub unit besar ribosom berikatan membentuk molekul kompleks.
c. Elongasi, pada tahap ini terjadi penambahan asam amino-asam amino dimulai asam amino metionin (asam amino pertama) sehingga terbentuk rantai polipeptida (protein). Tiap asam amino digabungkan dengan RNAt yang sesuai oleh suatu enzim yang spesifik yang disebut aminoasil-RNAt sintase. Ribosom akan bergerak sepanjang RNAd mengkode setiap kodon menjadi satu asam amino sehingga berbentuk rantai polipeptida. RNAr pada sub unit besar ribosom berfungsi sebagai enzim yang mengatalisasi ikatan peptide
untuk menggabungkan asam amino-asam amino. Pada ujung karboksil asam amino yang terbentuk akan berikatan dengan asam amino baru yang dibawa RNAt. RNAt menjadi tidak terikat dengan asam amino yang dibawanya karena terikat menjadi rantai polipeltida sehingga RNAt keluar dari ribosom. Tahap itu memerlukan energi yang disediakan olehGTP (guanosin trifosfat).
d. Terminasi, yaitu tahap dimana RNAd berhenti pada suatu kodon yang disebut kodon stop dan rantai polipeptida baru akan terbentuk. Triplet kodon stop adalah UAA, UAG dan UGA. Kodon stop mengode asam amino, hanya bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan proses translasi.
e. Pengolahan, pelipatan dan transportasi merupakan proses pembentukan struktur tersier dari rantai protein yang telah terbentuk dan mengangkutan protein ke tempat molekul ini berfungsi.
Kompetensi Guru Mata Pelajaran :
1.8. Memahami lingkup dan kedalaman biologi sekolah Indikator Esensial :
1.8.17. Mengaplikasikan hubungan antara DNA dan RNA.
Setelah anda mencermati uraian di atas, yang menjelaskan secara rinci hubungan antara DNA, RNA dan sintesis protein. Cobalah anda membuat molekul RNA duta dari potongan pita DNA yang ditentukan sebagai cetakannya. Dalam hal ini berarti anda melakukan simulasi proses transkripsi. Hal penting yang harus anda perhatikan dalam simulasi transkripsi adalah (1) bahwa baik molekul DNA maupun molekul RNA merupakan molekul polar yang mempunyai ujung. Ujung-ujungnya adalah ujung 3’ dan ujung 5’; (2) juga bahwa antara molekul DNA cetakan dan molekul RNA “hasil cetakannya” adalah saling komplementer; (3) pada RNA terdapat basa nitrogen urasil sebagai pengganti basa nitrogen timin, basa nitrogen urasil ini berpasangan dengan basa nitrogen adenine. Berikut ini adalah potongan DNA cetakan, maka silahkan anda mencoba membuat molekul RNA dutanya.
a. 5’ AAATTTGGGSSSATGSSGTASGTATGSA 3’ ________________________________________________________________________ b. 3’ TTTGGGSGTAAAATTGSSTGASTGASTT 5’ ________________________________________________________________________ c. 3’ TTTGGGAAASSSTGSAATGSGTSASGTA 5’ ________________________________________________________________________ d. 5’ GGGTTTSATASSSGGTAGGSTAGGTSAT 3’ ________________________________________________________________________
Sebagai pemantapan pemahaman anda tentang hubungan antara DNA dan RNA, cobalah untuk menuliskan DNA cetakan dari RNA duta di bawah ini.
a. 5’ AAAUUUGGGSSSAUGSSGUASGUAUGSA 3’ ________________________________________________________________________ b. 3’ UUUGGGSGUAAAAUUGSSUGASUGASU 5’ ________________________________________________________________________ c. 3’ UUUGGGAAASSSUGSAAUGSGUSASGUA 5’ ________________________________________________________________________
d. 5’ GGGUUUSAUASSSGGUAGGSUAGGUSAU 3’
________________________________________________________________________
Setelah anda berhasil membuat RNA duta dari DNA cetakan yang diberikan, maka simulasikan untaian asam amino dalam protein yang terbentuk. Ada beberapa hal yang perlu anda perhatikan pada saat membuat molekul protein dari RNA duta yang terbentuk.- hal yang harus anda perhatikan adalah (1) bahwa protein yang terbentuk merupakan molekul polar yang mempunyai ujung-ujung, yaitu ujung amin dan ujung karboksil; (2) arah “penerjemahan” kodon pada RNA duta dalam rangka pemanjangan protein yang sedang disintesis adalah dari ujung 5’ ke ujung 3’ dan; (3) ujung amin pada protein yang terbentuk bersetara dengan ujung 5’pada molekul RNA duta. Cobalah untuk mensimulasikan proses transkripsi dan translasi pada pita DNA cetakan berikut ini, sehingga dihasilkan untaian asam amino asam amino yang tepat pada protein yang dihasilkannya. a. 5’ AAATTTGGGSSSATGSSGTASGTATGSA 3’ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ b. 3’ TTTGGGSGTAAAATTGSSTGASTGASTT 5’ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ c. 3’ TTTGGGAAASSSTGSAATGSGTSASGTA 5’ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ d. 5’ GGGTTTSATASSSGGTAGGSTAGGTSAT 3’ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
Kompetensi Guru Mata Pelajaran :
1.8. Memahami lingkup dan kedalaman biologi sekolah Indikator Esensial :
1.8.18. Menganalisis karakteristik gen
Terdapat perbedaan yang mendasar antara sistem genom pada sel prokariotik dan sel eukariotik. Pada sel prokariotik tidak terdapat sistem ekson-intron dalam genomnya, sedangkan pada sel eukariotik sistem genomnya mengikuti sistem ekson-intron. Anda telah mengetahui bahwa gen adalah potongan DNA yang mengkode protein fungsional. Ekson merupakan gen-gen yang mengkode, artinya produknya yang dalam hal ini molekul protein menjadi enzim atau merupakan protein structural yang menyumbang fenotip tertentu. Sedangkan intron adalah potongan-potongan DNA yang tidak mengkode. Pada manusia terdapat 90% intron dan hanya 10% saja dari genom kita yang merupakan ekson. Hal ini harus kita syukuri sebagai kemurahan Allah. Setiap saat kita selalu terdedah ke agen yang menyebabkan terjadinya mutasi DNA. Setiap perubahan kecil pada DNA dapat saja mengakibatkan perubahan yang besar pada protein yang dihasilkannya, sehingga merubah enzim yang terbentuk dan akibatnya bisa saja enzim tidak berfungsi. Dengan demikian penampilan fenotip suatu organisme dapat berubah. Anda bisa membayangkan alangkah banyaknya perubahan fenotip dari kondisi asalnya apabila semua gen kita adalah ekson. Mutasi yang terjadi pada intron relative tidak beresiko mengubah fenotip. Maka sekali lagi kita harus mensyukuri karuniaNya.
Adanya sistem ekson dan intron membawa konsequensi pada proses transkripsi yang berlangsung di dalam sel tersebut. Berikut ini akan diuraikan karakteristik sistem genom pada sel eukariotik.
1. Pada proses transkripsi hasil pertama adalah precursor RNA duta yang kodon- kodonnya memuat pesan yang dibawa oleh ekson dan intron. Proses transkripsi terjadi di dalam inti sel.
2. Pemrosesan lebih lanjut pada prekursor RNA duta dilakukan untuk menghilangkan kodon-kodon yang memuat pesan dari intron. Pemrosesan terjadi di dalam inti sel. 3. RNA duta yang masak (dalam arti siap ditranslasi) ukurannya lebih pendek
dibandingkan molekul DNA cetakannya. Setelah RNA duta masak, molekul ini akan dikeluarkan dari inti menuju sitoplasma untuk menjalankan fungsinya.
4. Berdasarkan hal tersebut, maka sangat mudah dipahami bahwa proses transkripsi dan translasi pada sel eukariotik terjadi pada tempat dan waktu yang berbeda. Proses transkripsi terjadi terlebih dahulu dan di dalam inti sel. sedangkan translasi terjadi setelah proses transkripsi selesai dan berlangsung di sitoplasma. Hal ini berdampak pada pertumbuhan sel eukariotik yang relatif lebih lambat dibandingkan pertumbuhan sel prokariotik.
Berbeda dengan sel eukariotik, pada sel prokariotik tidak terdapat sistem ekson- intron pada genomnya, dengan demikian karakteristik genom pada sel prokariotik adalah sebagai berikut.
1. Pada proses transkripsi dihasilkan RNA duta yang siap ditranslasi. Dengan demikian tidak dihasilkan precursor RNA duta. Jadi proses pembuatan RNA duta yang masak berlangsung lebih cepat jika dibandingkan pada sel eukariotik.
2. Proses transkripsi dan translasi terjadi pada tempat dan waktu yang hampir bersamaan. Hal ini disebabkan karena pada sel prokariotik tidak terdapat partisi-partisi dalam selnya.
3. Kedua hal yang telah dijelaskan di atas membawa konsequensi pada pertumbuhan dan daya adaptasi sel prokariotik, yang relatif lebih tinggi daripada sel eukariotik.
Kompetensi Guru Mata Pelajaran :
1.8. Memahami lingkup dan kedalaman biologi sekolah Indikator Esensial :
1.8.20. Menerapkan pengertian gamet, genotipe dan fenotipe
Dasar-dasar ilmu genetika diperoleh dari hasil-hasil penelitian Gregor Mendel dengan kacang ercisnya. Oleh sebab itu, Mendel disebut sebagai Bapak Genetika. Pada bab ini anda akan mempelajari prinsip-prinsip genetika Mendel.
A. Beberapa Istilah yang Terkait dengan Genetika Mendel