Bioinformatika

BIOINFORMATIKA 2014

MATERI GENETIK

( DNA, RNA & SINTESIS PROTEIN )

PENYUSUN :

WIDDYA ANGGRAINI

04112681418002

BKU BIOLOGI KEDOKTERAN

DOSEN PEMBIMBING : Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed

FAKULTAS KEDOKTERAN PROGRAM STUDI ILMU BIOMEDIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA PALEMBANG

TAHUN AKADEMIK 2014/2015

Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed

BIOINFORMATIKA 2014

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kepada Allah SWT, karena berkat hidayah-Nya

saya mampu menyelesaikan penyusunan makalah yang berjudul “ Materi Genetik

( DNA, RNA dan Sintesis Protein ) ”. Makalah ini disusun guna memenuhi mata

kuliah Bioinformatika pada Program Pasca Sarjana ( S2 ) Program Studi Ilmu

Biomedik Fakultas Kedokteran Universitas Sriwijaya, yang diharapkan bisa

menambah wawasan dan dapat bermanfaat dalam dunia pendidikan.

Saya menyadari sepenuhnya bahwa dalam makalah ini masih banyak

kekurangan dan kesalahannya. Harapan penulis, pembaca dapat memberikan

saran dan kontribusi bagi kita semua, terutama bagi penulis sendiri. Dan mudah-

mudahan makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Palembang, November 2014

Penulis,

Widdya Anggraini


BIOINFORMATIKA 2014

DAFTAR ISI

Cover..........................................................................................................................i

Kata Pengantar.........................................................................................................ii

Daftar Isi....................................................................................................................iii

I. Pendahuluan.........................................................................................................1

II. Pembahasan

1. DNA ( Deoxyribonucleic Acid = Asam Deoksiribo Nukleat )……………….2

A. Struktur DNA…………………………………………………………….3

B. DNA sebagai materi genetic…………….……………………………..8

C. Peran DNA………………………………………………………………11

D. Manfaat DNA dalam teknologi…………..………………………….…12

E. Replikasi DNA……………….………………………………………….14

2. RNA ( Ribonucleic Acid = Asam Ribonukleat )………………………………20

A. StrukturRNA…………………………………………...………………..21

B. Tipe – tipeRNA………………………………………………………….21

C. Perbedaan DNA dan RNA……………………………………………..23

3. SintesisProtein…………………………………………………………………..26

Daftar Pustaka...........................................................................................................iv


BIOINFORMATIKA 2014

I. PENDAHULUAN

Proses kehidupan merupakan suatu proses metabolisme yang berlangsung di

dalam sel. Penentuan sifat organisme dilakukan oleh gen melalui pengendalian

proses metabolisme dengan cara mengatur reaksi-reaksi kimia yang menyusun

suatu lintasan metabolisme. Proses metabolisme merupakan rangkaian dari jutaan

reaksi kimia, dan untuk mengendalikannya diperlukan ribuan sampai jutaan gen.

Oleh karena itu berkembanglah ilmu genetika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang

gen. Perkembangan genetika merupakan sejarah panjang perkembangan pemikiran

dan penemuan, diawali dengan ditem ukannya konsep gen oleh Mendel (1865).

Teori Mendel merupakan teori pewarisan sifat pertama yang diakui secara ilmiah.

Setelah itu, dimulailah eksplorasi genetika dan terus berkembang teknik molekuler.

Perkembangan biologi molekuler modern belakangan ini, memungkinkan para ahli

taksonomi memanfaatkan data DNA sebagai "penanda molekuler" yang cukup

signifikan.

Perkembangan dunia molekuler pada tumbuhan semakin cepat seiring dengan

cepatnya tingkat kepunahannya, sehingga di negara seperti Amerika, Jepang dan

Inggris sudah mengembangkan database DNA. Begitu juga dengan pengembangan

bank benih dan bank gen. Analisa kromosom meskipun termasuk dasar dari analisa

organism sudah jauh berkembang kearah analisa mikrosatelit dan poliploidi bahkan

genome in situ hybridizati on (GISH). Akhirnya dunia molekuler modern berkembang

ke sektor enzim, protein, dan DNA ( deoxyribose nucleic acid) atau RNA ( ribose

nucleic acid ) tergantung pada tujuan dan sasaran yang ingin dicapainya.


BIOINFORMATIKA 2014

II. PEMBAHASAN

1. DNA ( Deoxyribonucleic Acid = Asam Deoksiribo Nukleat )

Dari berbagai penelitian mengungkapkan bahwa DNA adalah pembawa

sebagian besar atau seluruh sifat-sifat genetik di dalam kromosom. DNA terdapat di

dalam nukleus dan bersama senyawa protein membentuk nukleo protein. Selain di

dalam nukleus, molekul DNA juga terdapat dalam mitokondria, plastid, dan sentriol.

DNA memiliki beberapa fungsi di antaranya membawa informasi genetik,

membentuk RNA, dan mengontrol aktivitas sel baik secara langsung maupun tidak

langsung. DNA juga berperan penting dalam proses sintesis protein.

Gambar 1.Rumus Bangun Deoksiribosa dan Fosfat


http://3.bp.blogspot.com/-UUqhOAnGVA4/VCuBeqh5lAI/AAAAAAAACEs/V-ab5HI2iZc/s1600/www.materisma.com.jpg

BIOINFORMATIKA 2014

A. Struktur DNA

Molekul DNA pertama kali diisolasi oleh F. Miescher pada tahun 1869 dari sel

spermatozoa. Ia tidak dapat mengenali sifat zat kimia tersebut secara pasti,

kemudian menyebutnya sebagai nuklein. Nuklein ini berupa senyawa kompleks yang

mengandung unsur fosfor sangat tinggi. Nuklein selanjutnya dikenal sebagai

gabungan asam nukleat dan protein sehingga sering disebut nukleoprotein.

Dalam kedua jenis asam nukleat ini (DNA dan RNA) terdapat dua basa nitrogen

yaitu purin dan pirimidin. Keduanya ditemukan oleh Fischer pada tahun 1880.

Gambar 2.Rumus bangun purin

Pada penelitian selanjutnya, Kossel menemukan dua jenis pirimidin, yaitu sitosin dan

timin serta dua jenis purin, yaitu adenin dan guanin. Selain basa purin dan pirimidin,

dalam asam nukleat Levine (1910) mengenali gula berkarbon lima, yaitu ribosa dan

deoksiribosa. Ia juga menyatakan adanya asam fosfat dalam asam nukleat.


http://1.bp.blogspot.com/-Dqlhle3Oy8g/VCuCYxtnjjI/AAAAAAAACE8/EbTc75-d3C8/s1600/www.materisma.com.jpg

BIOINFORMATIKA 2014

W.T. Atsbury merupakan orang pertama yang mengemukakan gagasan tentang

struktur tiga dimensi DNA. Ia menyimpulkan bahwa DNA sangat padat,

polinukleotida penyusunnya berupa timbunan nukleosida pipih yang teratur tegak

lurus terhadap sumbu memanjang.

Gambar 3. Rumus bangun pirimidin

James Watson dan Francis Crick (1953) mengemukakan suatu model struktur DNA

yaitu double helix (tangga berpilin). Menurut mereka, DNA memiliki struktur sebagai

berikut :

1. Gula dan fosfat sebagai rantai atau tangga utama.

2. Basa nitrogen sebagai anak tangga dengan pasangan tetap, yaitu:

a. Guanin dengan sitosin (dihubungkan oleh tiga atom H)

b. Timin dan adenin (dihubungkan oleh dua atom H).

Berdasarkan hasil penelitian Watson dan Crick dapat disimpulkan bahwa DNA terdiri

atas gula pentosa (deoksiribosa), fosfat (PO4–), dan basa nitrogen yaitu purin

meliputi guanin (G) dan adenin (A) serta pirimidin yang meliputi timin (T) dan sitosin

(C = Cytosin).

DNA dapat menentukan sifat genetik suatu individu karena setiap makhluk hidup

mempunyai urutan pasangan basa yang spesifik dan berbeda dengan yang lain.


http://1.bp.blogspot.com/-9ppWHRrf9x0/VCuCBSz6t5I/AAAAAAAACE0/vmIKP8PKFCs/s1600/www.materisma.com.jpg

BIOINFORMATIKA 2014

Perbedaan urutan pasangan basa antarindividu dapat dilihat pada saat sequence

(proses pengurutan basa) dalam analisis DNA. DNA dapat berfungsi sebagai

heterokatalitik (mensintesis molekul lain seperti RNA) dan otokatalitik (replikasi diri).

Gambar 4. Struktur DNA

Rangkaian kimia antara deoksiribosa dengan purin dan pirimidin disebut nukleosida

(deoksiribonukleosida). Nukleosida tersebut akan berikatan dengan fosfat

membentuk nukleotida (deoksiribonukleotida). Gabungan dari nukleotidanukleotida

akan membentuk suatu DNA. Jadi, molekul DNA merupakan polimer panjang dari

nukleotida yang dinamakan polinukleotida.

Susunan kimia DNA adalah sebuah makromolekul yang kompleks. Molekul DNA

disusun oleh dua rantai polinukleotida yang amat panjang. Satu rantai polinukleotida

terdiri atas rangkaian nukleotida. Sebuah nukleotida tersusun atas :

a) Gugus gula deoksiribosa (gula dengan lima atom karbon atau pentosa)


http://4.bp.blogspot.com/-_trK1F_PaHI/VCuC1keYqAI/AAAAAAAACFE/T9BeVR3JjuE/s1600/www.materisma.com.jpg

BIOINFORMATIKA 2014

b) Gugus asam fosfat (fosfat terikat pada C kelima dari gula)

c) Gugus basa nitrogen (gugus ini terikat pada C pertama dari gula)

Basa nitrogen dapat digolongkan menjadi dua, yaitu basa purin dan basa pirimidin.

Basa purin terdiri atas adenin (A) dan Guanin (G), sedangkan basa pirimidin terdiri

atas sitosin (S) dan timin (T).

Gula dengan basa membentuk ikatan antara C pada gula dengan N pada basa purin

dan N-H pada basa pirimidin. Senyawa yang terbentuk disebut nukleosida atau

deoksiribonukleosida. Nukleosida dapat dibedakan menjadi empat macam, yaitu:

1) Persenyawaan antara gula dengan basa adenin (deoksi adenosin).

2) Persenyawaan antara gula dengan basa guanin (deoksi guanosin).

3) Persenyawaan antara gula dengan basa timin (deoksitimidin).

4) Persenyawaan antara gula dengan basa sitosin (deoksisitidin).

Selanjutnya, fosfat membentuk ester dengan nukleosida melalui pembentukan

ikatan C5 pada gula. Ester fosfat -5- nukleosida ini disebut nukleotida. Ada 4 macam


BIOINFORMATIKA 2014

nukleotida, yaitu adenosin deoksiribonukleotida, guanosin deoksiribonukleotida,

sitidin deoksiribonukleotida, dan timidin deoksiribonukleotida. Nukleotida-nukleotida

tersebut dapat bergabung membentuk suatu rangkaian yang disebut

polinukleotida . Benang polinukleotida yang saling berpilin (heliks ganda)

membentuk DNA.

Berdasarkan hasil analisis refraksi sinar X oleh kristal DNA, James Watson

(Amerika) dan Francis Crick (Inggris) pada 1953 menyimpulkan bahwa struktur

molekul DNA berbentuk heliks ganda.

Molekul DNA mempunyai sifat-sifat, antara lain:

1) DNA berbagai organisme mempunyai kandungan adenin (A) yang sama dengan

Timin (T). Perbedaan antara DNA dari spesies yang berlainan terletak antara

kandungan A + T atau G + C.


BIOINFORMATIKA 2014

2) Setiap molekul DNA disusun oleh dua rantai polinukleotida. Basa-basa dari kedua

rantai tersebut berpasangan dengan aturan adenin berpasangan dengan Timin dan

Guanin berpasangan dengan sitosin. Antara kedua basa yang berpasangan

terbentuk ikatan hidrogen. Adanya ikatan inin memberikan kelenturan pada DNA.

3) DNA merupakan struktur yang aktif melakukan fungsi biologi.

B. DNA SEBAGAI MATERI GENETIK

Pendapat Mendel diakui kebenarannya berkat perkembangan penelitian

mengenai kromosom. Hasil studi menunjukkan bahwa ada kecocokan antara hasil

pengamatan terhadap tingkah laku kromosom dalam meiosis dengan teori yang

dikemukakan oleh Mendel. Kesetaraan antar teori Mendel dengan hasil penelitian

kromosom membawa kepada pemikiran bahwa gen terletak pada kromosom , dan

secara umum disimpulkan bahwa kromosom merupakan pembawa gen. Setelah

diakuinya kromosom sebagai pembawa gen, maka pertanyaan berikutnya adalah

senyawa apa yang merupakan materi penyusun gen. Sebelum manusia

menggunakan kata "materi genetik", konsep dibalik istilah ini telah terbangun

dengan baik. Materi genetik digunakan untuk menyimpan informasi genetik dari

suatu organisme hidup. Era penemuan materi genetik telah dibuka oleh F. Miescher

(1871). Dengan menggunakan mikroskop sederhana, dia telah menetapkan bahwa

bahan aktif yang ada di dalam nukleus disebut sebagai nuklein. Peneliti ini belum

bisa menetapkan apakah nuklein ini kromosom ataukah DNA. Serangkaian studi

genetik yang dikombinasikan dengan studi kimia, yang dilaksanakan oleh banyak

peneliti dari berbagai lembaga dengan waktu yang cukup lama, telah membawa

kesimpulan bahwa material genetik disusun oleh asam nukleat, yaitu asam Deoksi

ribonukleat (DNA) atau asam ribonukleat (RNA). DNA merupakan materi genetik


BIOINFORMATIKA 2014

prokariot, eukariot dan sebagian virus, sedang RNA merupakan materi dasar dari

beberapa virus lainnya.

1. Proses Pengakuan DNA sebagai materi Genetik

Asam nukleat telah cukup lama ditemukan sebelum diketahui struktur serta

fungsinya sebagai bahan dasar gen. Sekurang-kurangnya ada tiga penemuan

yang membuktikan bahwa asam nukleat berperan penting dalam

menentukan sifat organisme atau sebagai bahan dasar gen, yaitu sebagai

berikut:

a. Ditemukannya DNA sebagai senyawa khas kromosom

Hal ini ditemukan melalui studi pewarnaan mikroskopik oleh Robert Fuelgen.

Fuelgen menunjukkan bahwa DNA yang dipanaskan dengan asam fuksin

akan timbul warna merah tua yang mengkilat. Sepuluh tahun kemudian, saat

penemuan Fuelgen diterapkan pada sel hidup, ternyata tidak merusak sel

atau jaringan. Kromosom muncul dengan warna yang jelas, sedangkan

bagian sel yang lain tidak berwarna. Dari hasil ini kemudian disimpulkan

bahwa kromos mengandung DNA, dan DNA merupakan material khas

kromosom yang tidak terdapat pada bagian lain. Saat ini, telah diketahui

ternyata DNA juga terdapat pada sitoplasma, seperti pada mitokondria dan

plastid.

b. Ditemukannya peran DNA dalam transformasi bakteri

Oswald T. Avery dan peneliti lain dari Rockefeller Institut pada 1944 berhasil

membuktikan bahwa bahan genetik yang terlibat dalam proses transformasi

adalah DNA. Proses transformasi sebelumnya dikemukakan oleh F. Griffith

(1928) dalam percobaanya menggunakan bakteri Streptococcus pneumonia


BIOINFORMATIKA 2014

galur R (tidak berkapsul) dan galur S (berkapsul). Griffith menunjukkan

adanya proses transformasi melalui percampuran galur bakteri R yang hidup

dengan galur S yang dimatikan, yaitu bahwa galur R hidup yang berubah sifat

menjadi berkapsul akibat adanya bahan-bahan dari galur S yang telah

dimatikan masuk kedalam selnya. Percobaan tersebut diteruskan Avery

dengan mengisolasi molekul kimia pecahan galur S, kemudian dipisahkan.

Bahan yang berhasil dipisahkan adalah ternyata adalah DNA, RNA, protein,

polisakarida, dan lipid. Molekul-molekul tersebut diuji dengan

mencampurkannya dengan bakteri R, ditambah dengan enzim pengurai

DNase, Rnase, Protease. Ternyata bakteri yang tidak dicampur DNA terjadi

mengalami transformasi, sedang yang diberi DNase tidak. Hal ini berarti

bahwa DNA berperan dalam proses transformasi dan merubah sifat bakteri.

c. Ditemukannya DNA pada virus yang di wariskan pada generasi berikutnya

secara fisik

Hershey dan Chase (1952) menemukan bahwa DNA merupakan bahan

genetik yang diwariskan, bukan mantelnya. Proses penelitian sebagai berikut

: E.coli ditumbuhkan pada media yang diberi radioisotope S 35 sebagai

penanda protein (mantel virus) dan P 32 sebagai penanda DNA bakteriofage

T2 diinfeksikan pada E.coli , sehingga menggunakan unsur-unsur pada sel

inang untuk menyusun kromosom dan mantel, termasuk juga radioisotop

yang telah diabsorbsi bakteri Terdapat 2 macam fage, yaitu yang

mengandung S35 pada mantel dan yang mengandung P32 pada kromosom

fage menginfeksi bakteri yang ditumbuhkan pada media biasa tanpa

radioisotope. Dari bakteri yang diserang fage bertanda S 35 tidak diperoleh

virus ber-radioisotop, sedang yang diserang fage bertanda P 32 diperoleh


BIOINFORMATIKA 2014

virus ber-radioisotop. Hal ini menandakan bahwa DNA-lah yang diwariskan

pada generasi berikutnya.

C. Peranan DNA sebagai materi genetik

DNA sebagai materi genetik berperan dalam menentukan sifat organisme,

yaitu mengendalikan proses pembentukan rantai protein dengan cara menyandikan

protein. Salah satu protein terpenting dalam organisme, yaitu sebagai katalisator

reaksi biokimia. Semua reaksi dalam proses metabolisme selular memerlukan enzim

sebagai katalisatornya. Tiap enzim memiliki fungsi khas, yaitu sebagai katalisator

reaksi biokimia tertentu. Enzim-enzim ini pembentukannya berada dibawah kendali

DNA. Proses ini dilaksanakan melalui penentuan susunan nukleotida molekul RNA,

yang kemudian diterjemahkan dalam susunan asam amino dari rantai polipeptida

protein. Penyandian menggunakan kode genetika tertentu, untuk menandai

informasi genetik yang dibawa oleh DNA. Kode tersebut dibuat untuk menandai

informasi genetik yang dibawa oleh DNA, dituliskan dalam untaian huruf yang

disusun oleh 4 macam basa nukleotida A ( Adenin), G ( Guanin), C ( Sitosin) dan T (

Timin). Setiap 3 huruf yang berurutan menyandi satu macam asam amino tertentu

dan disebut dengan kodon. Pengunaan kode ini berkembang ketika ilmuwan dari

lembaga penelitian National institutes of health yaitu Marshall Nirenberg dan J.

Matthaei pada tahun 1961 menemukan untuk pertama kalinya kodon ini. Karena

kodon disusun dengan variasi 4 huruf dengan susunan 3 huruf berurutan maka

dengan perhitungan matematika didapatkan 4x4x4 =64 macam kemungkinan

kombinasi huruf-huruf dari basa nukleotida yang menyusun kodon tersebut dan

inilah yang disebut dengan standar kode genetika yang menyandi asam amino

penyusun protein tertentu secara spesifik. Terdapat 20 macam asam amino standar

yang digunakan untuk menyusun protein di dalam tubuh kita. Tiap - tiap asam amino


BIOINFORMATIKA 2014

memiliki karakter spesifik baik struktur, berat molekul, titik isoelektrik maupun

muatannya. Karena jumlah variasi kodon ada 64 sedang asam amino yang disandi

hanya 20 kalau ditambah dengan stop kodon menjadi 23 maka satu jenis asam

amino bisa disandi oleh lebih dari satu urutan kodon, variasi ini umumnya terdapat

pada nukleotida ketiga dari setiap kodonnya, kondisi ini justru malah

menguntungkan, karena bila terjadi mutasi pada nukleotida ketiga bisa jadi tidak

merubah jenis asam amino yang disandi dan hasil akhirnya protein tidak berubah

dan tidak terjadi kelainan, kondisi seperti ini yang dikenal dengan istilah mutasi

tersamarkan ( silent mutation ). Telah ditemukan suatu cara mudah untuk

menterjemahkan kode genetik kedalam suatu jenis asam amino tertentu, yaitu

menggunakan piramida kode genetika. Asam amino disandikan dengan tiga macam

sandi, dimana ketiga sandi tersebut dapat dilihat pada piramida. Cara

menterjemahkan: Lihat kode pertama asam amino, kemudian temukan pada baris

pertama piramida (akan terpilih salah satu dari 4 piramida). Kemudian lihat kode

kedua pada baris kedua dari piramida yang terpilih. Setelah itu, lihat kode ketiga

pada baris ketiga piramida.

D. Manfaat DNA dan Gen dalam teknologi

Di temukannya DNA sebagai materi genetik telah memberi kontribusi pada

berbagai bidang keilmuan yang bermanfaat untuk masyarakat yaitu di bidang:

(1) Rekayasa genetik

Biologi modern dan biokimia menggunakan teknologi rekombinan DNA secar

intensif. Rekombinan DNA adalah sekuens DNA buatan manusia yang

dibangun dari sekuens DNA Rekombinan. DNA tersebut dapat ditransform


BIOINFORMATIKA 2014

kedalam organisme dalam bentuk plasmids menggunakan viral vektor.

Organisme yang telah tertransformasi tersebut dapat digunakan untuk

memperoleh produk tertentu, misalnya protein rekombinan, yang dapat

digunakan untuk penelitian kedokteran.

(2) Forensik

DNA digunakan untuk identifikasi pada sample darah, semen, kulit, air liur

dan rambut sebagai sidik jari DNA atau lebih tepatnya profiling DNA. Pada

profiling DNA untuk membedakan identitas antar individu digunakan metode

minisatelite yang mendasarkan pada panjang dan jenis bagian DNA berulang.

Teknik ini biasanya sangat diandalkan untuk mengidentifikasi pelaku

kejahatan. Profiling DNA pertama kali dikembangkan tahun 1984 oleh ahli

genetik Inggris Sir Alec Jeffreys dan pertama kali digunakan dalam ilmu

forensic pada kasus pembunuhan Enderby pada tahun 1988. Profiling DNA

juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi korban pada kasus kecelakaan

massal.

(3) Bioinformatika

Bioinformatika mencakup manipulasi, pencarian dan penggalian data sekuens

DNA. Perkembangan teknik penyimpanan dan pencarian sekuens DNA telah

memicu kemajuan penerapan ilmu komputer terutama string searching

algorithms, machine learning dan database theory.

(4) DNA dan komputasi

DNA pertama kali digunakan dalam penghitungan masalah Hamiltonian

path, sebuah masalah NP-complete. Komputasi DNA bermanfaat pada

komputer elektronik dalam penggunaan daya, ruang dan efisiensi karena


BIOINFORMATIKA 2014

kemampuannya menghitung pada sebuah cara yang sangat paralel.

Sejumlah masalah lain termasuk simulasi mesin abstrak, masalah boolean

satisfiability telah dapat dianalisis menggunakan komputasi DNA. Karena

kekompakannya, DNA juga memiliki peranan teoritis dalam cryptography.

E. REPLIKASI DNA

Proses perkembangbiakan atau pertumbuhan organisme akan dimulai

dengan reproduksi sel. Reproduksi sel akan diawali oleh sintetis perbanyakan

komponen sel yang salah satu diantara nya adalah kromosom sebagai bahan

genetik. Sintesis atau perbanyakan bahan genetic seperti DNA kromosom dilakukan

melalui reaksi yang dinamakan replikasi. Replikasi hanya terjadi pada asam nukleat,

DNA atau RNA sebagai penyusun genom .

1. Syarat dan Model Replikasi DNA

a. Situs awal sebagai syarat

Syarat pertama yang harus ada agar DNA dapat bereplikasi adalah adanya

situs awal yang dikenal dengan istilah ori (origin of replication). DNA yang

tidak mengandung titik ori tidak akan dapat bereplikasi. Bila DNA tersebut

berada di dalam sel maka DNA tersebut akan hilang pada saat reproduksi sel.

Dalam replikasi, situs awal ini akan dikenali oleh enzim polimerase DNA yaitu

oleh protein DnaA yang dihasilkan oleh gen dnaA.

b. Utas ganda sebagai syarat

Syarat kedua yang harus ada agar DNA dapat bereplikasi adalah asam

nukleat yang digunakan harus berada dalam bentuk utas ganda. Adanya dua


BIOINFORMATIKA 2014

utas polinukleotida serta perpasangan paralel antar basa - basanya akan

mendukung proses swaproduksi dalam replikasi yaitu setiap utas akan

menjadi model dari utas pasangannya .

c. Mengikuti pola konservatif

Pola replikasi DNA dilaksanakan dengan pola semi konservatif . Pada pola ini

dalam pembentukan DNA baru tidak dilakukan sintesis kedua utas

polinukleotida. Hanya satu yang disintesis sedangkan yang lainnya berasal

dari molekul DNA terdahulu. Dengan pola ini akan terpenuhi dua hal yaitu

fungsi pewarisan yaitu satu utasan DNA tetua secara fisik akan terbawa ke

dalam DNA baru dan fungsi pemeliharaan sifat yaitu struktur DNA baru akan

sam a dengan struktur DNA generasi sebelumnya.

d. Mempunyai arah pertumbuhan 5--3

Dalam sintesis DNA, dua nukleotida digabungkan dengan merangkaikan

karbon gula kelima (C5) yang mengandung fosfat dari satu nukleotida kepada

karbon ketiga (C3) yang mengandung OH dari nukleotida lain, membentuk

ikatan 5 -3 fosfodiester. Secara kimia yang dapat diterima dalam

polimerisasi DNA adalah pertumbuhan 5-3 karena seandainya harus terjadi

koreksi akibat adanya kesalahan dalam menyusun basa maka pertumbuhan

ini akan lebih efisien dalam penggunaan energi dibandingkan dengan

pertumbuhan 3-5.

e. Berjalan secara bertahap

Dalam proses replikasi terdapat dua proses yaitu pengudaran heliks ganda

menjadi utasan tunggal dan membentuk percabangan replikasi dan sintesis

rantai baru dengan menggunakan utasan tunggal tersebut sebagi model yang


BIOINFORMATIKA 2014

sekaligus menjadikan utasan tunggal tersebut menjadi heliks ganda yang

utuh. Kedua proses itu dilakukan dengan bantuan seperangkat enzim yang

berbeda.

2. Tahapan Replikasi DNA

Tahapan replikasi DNA berlangsung dalam tiga tahap proses penting yaitu

pengenalan situs awal replikasi, pengudaran pilinan heliks ganda dan sintesis rantai

polinukleotida baru. Secara umum tahapan ini terdapat :

a. Pengenalan situs awal replikasi

Pengenalan ori dilakukan oleh DnaA dengan cara mengenali runtutan basa

ori. Suatu DnaA diproduksi untuk mengenali titik ori dari DNA pada sel yang

sama.

b. Pengudaran pilinan heliks ganda

Pada proses pengudaran ini terdapat tiga protein dan enzim yang berperan

yaitu enzim helikase, girase dan single strand binding protein (SSB). Helikase

adalah kelompok protein yang berfungsi mengudar pilinan heliks ganda

dengan cara menghilangkan ikatan hydrogen dan memisahkan utasan-

utasannya menjadi utas tunggal. Sebagai contoh kerja helikase, protein

menempel pada wilayah utas tunggak kemudian bergerak dengan arah 3--5

menuju bagian utas ganda dan membebaskan utasan-utasan dan pilinan

heliks. Selanjutnya utasan tunggal yang telah terbebaskan akan ditempeli

SSB. Girase merupakan topoisomerase tipe II yang berfungsi menghilangkan

tegangan pada superheliks positif dengan cara membuka pilinan ke arah

negative struktur superheliks positif. SSB berfungsi untuk melindungi utas

tungal DNA dari kemungkinan berpasangan kembali dengan utas


BIOINFORMATIKA 2014

pasangannya membentuk heliks ganda. Selain itu juga melindungi DNA utas

tunggal dari serangan berbagai nuklease dan dapat menghalangi terjadinya

transkripsi.

c. Sintesis utasan baru DNA

Dalam proses ini terjadi penggabungan mononukleotida menjadi rantai

polinukleotida dengan urutan basa tertentu. Enzim yang berperan dalam

proses ini adalah polymerase RNA, polymerase DNA dan ligase. Tahapan

proses sintesis ini :

1. inisiasi oleh Polimerase RNA.

Dalam mengawali sintesis DNA di bentuk RNA primer yang terdiri dari

beberapa basa yang akan menjadi tempat polymerase. DNA

mengaitkan nukleotida DNA pertama. Dua enzim yang mensintesis

RNA primer yaitu polymerase RNA dan primase. Polimerase bekerja

mensintesis RNA primer pada situs ori C sedangkan primase

mengkatalisis RNA primer yang terdapat di depan setiap fragmen

Okazaki.

2. Perpanjangan rantai oleh Polimerase DNA

Enzim polymerase DNA membentuk ikatan fosfodiester yang

merangkaikan C ke-5 dari suatu nukleotida terhadap C ke-3 dari

nukleotida yang baru. Setiap nukleotida baru ditambahkan pada ujung

ke-3 rantai nukleotida yang sudah ada atau pertum buhan 5-3.

Polimerase DNA dalam proses kerjanya memerlukan adanya satu

DNA utas tunggal yang akan menjadi model untuk menentukan urutan

basa dari rantai nukleotida yang akan disintesisnya.


BIOINFORMATIKA 2014

3. Penyatuan fragmen DNA oleh Ligase.

Enzim ligase berfungsi menyambungkan dua fragmen rantai

polinukleotida menjadi rantai yang lebih panjang. Dalam replikasi,

ligase berperan menyambungkan dua fragmen Okazaki setelah RNA

primer di buang oleh polymerase RNA I.

3. Hipotesis terjadinya Replikasi DNA

Ada tiga hipotesis yang menjelaskan terjadinya replikasi DNA. Hipotesis

pertama menyatakan bahwa bentuk double helix DNA yang lama tetap dan langsung

menghasilkan double helix yang baru disebut konservatif.

Hipotesis kedua menyatakan double helix akan terputus-putus, selanjutnya segmen-

segmen tersebut akan membentuk segmen-segmen baru yang bergabung dengan

segmen lama membentuk DNA baru. Hipotesis ini disebut dispersif. Hipotesis ketiga

menyatakan dua pita spiral dari double helix memisahkan diri dan setiap pita tunggal

mencetak pita pasangannya disebut semikonservatif.

Teori replikasi DNA oleh Watson dan Crick menyatakan bahwa proses replikasi

terjadi secara semikonservatif. Hipotesis ini mendapat dukungan kuat dari M.S.

Meselson dan F.W. Stahl. Mereka menggunakan bakteri Escherichia coli sebagai

organisme percobaan.


BIOINFORMATIKA 2014

Replikasi DNA menurut Meselson dan Stahl

E. coli dapat hidup pada garam anorganik jika dalam garam tersebut terdapat

sumber atom nitrogen untuk pembuatan protein dan asam nukleat. Meselson dan

Stahl memakai ion amonium (NH4+) dalam penelitiannya.

Meskipun isotop nitrogen yang paling lazim 14N, tetapi mereka menggunakan ion

amonium yang mengandung isotop nitrogen yang lebih berat, yaitu 15N.

Pertama-tama Meselson dan Stahl memelihara E. coli selama beberapa generasi

dalam media yang mengandung 15NH4+. Pada akhir periode ini, mereka

menemukan DNA sel lebih berat dari normal. Selanjutnya, mereka memindahkan

sel-sel itu ke media yang mengandung ion amonium normal (14NH4+) dan

membiarkan sel tersebut hanya sekali membelah diri. DNA pada generasi baru ini

memiliki berat di antara berat DNA normal dari DNA generasi sebelumnya. Hal ini

menggambarkan bahwa pengaruh dari atom nitrogen dalam DNA baru yaitu 14N

dan separuh 15N.

Namun, apabila bakteri itu dibiarkan membelah diri lagi dalam ion amonium normal

(14NH4+) maka terbentuklah dua jenis DNA dengan berat yang berbeda. Separuh

dari DNA mempunyai berat normal dan separuh DNA lainnya mempunyai berat di


http://2.bp.blogspot.com/-LtrCv0ecptM/VCuEecUY9DI/AAAAAAAACFQ/LhHr38sVHLM/s1600/www.materisma.com.jpg

BIOINFORMATIKA 2014

tengah-tengah. Hal tersebut membuktikan bahwa molekul DNA tidak mengalami

pemecahan dan penyusunan kembali di antara pembelahan sel-sel, tetapi tiap pita

induk tidak mengalami perubahan saat ia membentuk pita komplementer.

Berdasarkan uraian di atas maka hipotesis yang paling tepat yaitu hipotesis

semikonservatif.

Selain memerlukan deoksiribonukleotida, dalam proses replikasi DNA juga

memerlukan beberapa enzim berikut.

1) Helikase, enzim ini berfungsi menghidrolisis rantai ganda polinukleotida

menjadi dua rantai tunggal polinukleotida.

2) Polimerase, berfungsi merangkai rantai-rantai mononukleotida membentuk

DNA baru.

3) Ligase, berfungsi menyambung nukleotida ulir tunggal DNA yang baru

terbentuk.

Fungsi DNA sebagai heterokatalitik yaitu mensintesis molekul lain seperti RNA. RNA

merupakan hasil transkripsi DNA. Sel prokariotik dan eukariotik mengandung asam

inti yang disebut asam ribonukleat (RNA).

2. RNA ( Ribonucleic Acid = Asam Ribonukleat )

Pada sel-sel organisme prokariot dan eukariot, selain DNA terdapat pula

asam nukleat lain yang penting, yaitu RNA atau asam ribonukleat. RNA merupakan

seutas benang tunggal yang tersusun molekul gula ribosa, gugus fosfat, dan asam

nitrogen. Basa nitrogen RNA terdiri atas golongan purin (adenin dan guanin) dan

golongan pirimidin (sitosin dan urasil).

RNA dibentuk oleh DNA di dalam nukleus, melalui proses transkripsi DNA. Hasil

transkripsi digunakan RNA untuk sintesis protein dalam sitoplasma sel.


BIOINFORMATIKA 2014

a. Struktur RNA

Berbeda dengan DNA yang memiliki rantai ganda, RNA hanya memiliki rantai

tunggal. Setiap pita RNA merupakan polinukleotida dari RNA. RNA banyak terdapat

dalam sitoplasma terutama ribosom walaupun ada pula beberapa di antaranya

dalam nukleus. Dalam sitoplasma, kadar RNA berubah-ubah. Hal ini dipengaruhi

oleh aktivitas sintetis protein. Ketika suatu protein akan disintetis, kandungan RNA

dalam sel meningkat begitu pula sebaliknya. RNA memiliki komponen gula berupa

D-ribosa (pentosa). RNA juga memiliki basa nitrogen yang serupa dengan DNA,

hanya saja basa timin pada pirimidin diganti dengan urasil.

b. Tipe – tipe RNA


BIOINFORMATIKA 2014

Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA dibedakan menjadi tiga macam, yaitu:

a) RNA duta (RNA-d) atau m RNA

RNA duta adalah RNA yang menjadi model cetakan dalam proses

penyusunan asam amino pada rantai polipeptida atau sintesis protein.

Disebut RNA duta, karena molekul ini merupakan penghubung DNA dengan

protein dan membawa pesan berupa informasi genetik dari DNA untuk

membentuk protein. Informasi genetik berupa urutan basa N pada RNA duta

yang memesan suatu asam amino yang disebut kodon. Penyusunan rantai

polipeptida tergantung dari urutan kodon pada RNA duta.

Urutan kodon pada RNA-d yang dicetak DNA tergantung pada macam protein

yang akan disintesis.

b) RNA transfer (RNA-t)

RNA-t mempunyai fungsi menerjemahkan kodon yang terdapat pada RNA-d

menjadi satu jenis asam amino. Kemampuan menerjemahkan ini, disebabkan

oleh adanya anti kodon yang merupakan komplemen dari kodon RNA-d.

RNA-t juga berfungsi mengangkut asam amino ke permukaan ribosom pada

saat translasi. Translasi adalah penerjemahan urutan nukleotida RNA-d

menjadi urutan asam amino polipeptida.

c) RNA ribosom (RNA-r)

RNA-r merupakan RNA terbanyak, sekitar 83% dari RNA yang dikandung

oleh suatu sel. RNA-r berperan dalam sintesis rantai protein sebagai tempat

pertemuan RNA-d dan RNA-t.


BIOINFORMATIKA 2014

C. Perbedaan DNA dan RNA

Meskipun banyak memiliki persamaan dengan DNA, RNA memiliki perbedaan

dengan DNA, antara lain yaitu (Poedjiati, 1994):

1. Bagian pentosa RNA adalah ribosa, sedangkan bagian pentosa DNA

adalah dioksiribosa.

2. Bentuk molekul DNA adalah heliks ganda, bentuk molekul RNA berupa

rantai tunggal yang terlipat, sehingga menyerupai rantai ganda.

3. RNA mengandung basa adenin, guanin dan sitosin seperti DNA tetapi tidak

mengandung timin, sebagai gantinya RNA mengandung urasil.

4. Jumlah guanin dalam molekul RNA tidak perlu sama dengan sitosin,

demikian pula jumlah adenin, tidak perlu sama dengan urasil.


BIOINFORMATIKA 2014

Selain itu perbedaan RNA dengan DNA yang lain adalah dalam hal(Suryo, 1992):

1. Ukuran dan bentuk

Pada umumnya molekul RNA lebih pendek dari molekul DNA. DNA berbentuk

double helix, sedangkan RNA berbentuk pita tunggal. Meskipun demikian

pada beberapa virus tanaman, RNA merupakan pita double namun tidak

terpilih sebagai spiral.

2. Susunan kimia

Molekul RNA juga merupakan polimer nukleotida, perbedaannya dengan

DNA yaitu:

a. Gula yang menyusunnya bukan dioksiribosa, melainkan ribosa.

b. Basa pirimidin yang menyusunnya bukan timin seperti DNA, tetapi urasil.

3. Lokasi DNA pada umumnya terdapat di kromosom, sedangkan RNA

tergantung dari macamnya, yaitu:

a. RNA d (RNA duta), terdapat dalam nukleus, RNA di dicetak oleh salah satu

pita DNA yang berlangsung didalam nukleus.

b. RNA p (RNA pemindah) atau RNA t (RNA transfer), terdapat di sitoplasma.

c. RNA r (RNA ribosom), terdapat didalam ribosom.

4. Fungsinya, DNA berfungsi memberikan informasi atau keterangan genetik,

sedangkan fungsi RNA tergantung dari macamnya, yaitu:

a. RNA d, menerima informasi genetik dari DNA, prosesnya dinamakan

transkripsi, berlangsung didalam inti sel.

b. RNA t, mengikat asam amino yang ada di sitoplasma.


BIOINFORMATIKA 2014

c. RNA t, mensintesa protein dengan menggunakan bahan asam

amino, proses ini berlangsung di ribosom dan hasil akhir berupa

polipeptida.

Ada beberapa cara untuk menentukan DNA dan RNA, yaitu(Frutan and Sofia,

1968):

1. Jaringan hewan dan alkali hangat RNA akan terpecah menjadi komponen-

komponen nukleotida yang larut dalam asam. DNA sulit dipecah atau dirusak

oleh alkali.

2. Metode Schnider

Jaringan dan asam trikloro asetat panas dan diperkirakan DNA dapat diuji

oleh reaksi kalorimetri dengan difenilanin, yang mana akan bereaksi dengan

purin dioksiribosa dan tidak bereaksi dengan purin ribosa.

3. Metode Feligen Fuchsin sulfurous acid akan berwarna merah dengan DNA,

dan tidak dengan RNA. Reaksi ini diterapkan untuk mempelajari distribusi

RNA dan DNA didalam bagian-bagian sel.

4. Secara Spektroskopi Pengaukuran absorbsi cahaya oleh RNA dan DNA

pada 260nm dimana spektra cincin purin dan pirimidin asam nukleat

menunjukkan maksimal.


BIOINFORMATIKA 2014

Tabel Perbedaan DNA dan RNA

3. Sintesis Protein

Pada uraian mengeni DNA telah disebutkan bahwa DNA berfungsi sebagai

heterokatalis (mensintesis molekul lain). Uraian berikut merupakan salah satu

contoh fungsi DNA tersebut. DNA yang terletak di dalam nukleus merupakan suatu

cetakan kode genetik yang menghasilkan informasi genetik. Kode genetik disusun

oleh urutan basa nitrogen (A, T, G, dan C). Dalam sintesis protein, kode-kode

genetik dalam DNA disalin menjadi mRNA. Proses ini disebut transkripsi.

Proses ini diawali dengan melekatnya RNA polimerase pada molekul DNA

sehingga sebagian rantai double helix DNA membuka. Akibatnya, salah satu rantai

DNA yang membuka tersebut mencetak RNA. Rantai DNA yang mengandung kode-

kode genetik (kodon) dan dapat mencetak mRNA disebut rantai sense. Rantai DNA

yang tidak mencetak mRNA disebut rantai antisense. Misalnya urutan basa N pada


BIOINFORMATIKA 2014

rantai DNA terdiri atas TAC, GCT, CGA, dan CTA maka urutan basa N pada rantai

mRNA yaitu AUG, CGA, GCU, dan GAU. Perhatikan susunan DNA dan RNA

berikut.

Susunan DNA dan RNA

Setelah disalin, mRNA keluar dari nukleus menuju sitoplasma. mRNA tidak

dapat mengenali suatu asam amino secara langsung. Oleh karena itu, diperlukan

tRNA untuk dapat membaca kode-kode yang dibawa mRNA. Di dalam sitoplasma

banyak terdapat tRNA, asam amino dan enzim amino asil sintetase. Asam amino

tersebut diaktifkan menggunakan ATP (Adenosin Trifosfat) dan enzim amino asil

sintetase sehingga dihasilkan Amino asil Adenosin monofasfat (AA-AMP) dan fosfat

organik.

Selanjutnya Aminoasil Adenosin monofosfat diikat oleh t-RNA dan dibawa ke

ribosom. Setiap tRNA memiliki tiga basa N dan asam amino, tiga basa N tRNA akan

berpasangan dengan tiga basa N mRNA yang sesuai. mRNA merupakan susunan

kodon yang panjang. Setiap tRNA akan menerjemahkan tiga basa.


http://4.bp.blogspot.com/-jpreOd0JREo/VCuIVRZUAHI/AAAAAAAACFk/EPwNiZCKk-E/s1600/www.materisma.com.jpg

BIOINFORMATIKA 2014

Setelah tRNA pertama melepaskan diri, datang tRNA selanjutnya, begitu terus-

menerus sampai kodon pada mRNA habis. Asam amino yang terbentuk selama

penerjemahan oleh tRNA akan membentuk suatu ikatan. Bagian basa N pada tRNA

yang menerjemahkan kode yang dibawa mRNA disebut antikodon.

Sementara itu, tiga bagian basa N pada mRNA tersebut di atas yang memiliki kode

untuk menspesifikasikan asam amino disebut kodon. Proses penerjemahan kode

yang dibawa mRNA oleh tRNA disebut translasi. Asam amino-asam amino akan

berjajar membentuk urutan sesuai dengan kode yang dibawa mRNA sehingga

terbentuklah protein. Protein tersebut merupakan enzim yang berfungsi mengatur

metabolisme sel.

Skema Sintesis Protein


BIOINFORMATIKA 2014

Gambar Sintesis Protein


BIOINFORMATIKA 2014

DAFTAR PUSTAKA

1. Anonim. 2014. DNA Structure. http://www.google.co.id.DnaStructure.ac.uk/doc.

[ 7 November 2014 ]

2. Anonim. 2014. Materi Genetik. http://www.google.co.id.MateriGenetik.ac.uk/doc. [

7 November 2014 )

3. Elizabeth, P. 2007. " DNA Study Forces Rethink of What It Means to Be a

Gene". Science 316 (5831): 1556-1557.

4. Hart, D.L. 1994. Genetics. Third Edition. Jones and Bartlett Publisher. Boston.

584 p. Jusuf, M. 2000. Genetika I: Struktur dan Ekspresi Gen. Sagung

Seto. 300 p.


http://www.google.co.id.MateriGenetik.ac.uk/doc

http://www.google.co.id.DnaStructure.ac.uk/doc

Bioinformatika

Healthcare

Transcript of Bioinformatika