Jumat, 13 November 2015

Makalah Replikasi DNA dan Transkripsi RNA


BAB II
PEMBAHASAN
                                                                             
                                                                                    
2.1  REPLIKASI DNA

Mekanisme replikasi bahan genetik sangat kompleks dan melibatkan banyak protein yang masing-masing mempunyai peranan spesifik.. protein-protein yang terlibat di dalam proses replikasi bahan genetik di kode oleh gen-gen yang terdapat di dalam bahan genetik itu sendiri. Secara umum, replikasi bahan genetik merupakan proses pengkopian/penggandaaan rangkaian molekul bahan genetik (DNA/RNA) sehingga dihasilkan molekul anakan yang sangat identik. (Triwibowo Yuwono, 2002)

v MODEL DNA
Watson dan Crick menyatakan bahwa setiap untai DNA dapat berperan sebagai cetakan bagi untai komplementernya. Jika heliks ganda dapat mengurai dan memisah, maka untai-untai yang terbentuk dapat menarik basa-basa komplementernya (seperti dalam sintesis mRNA), dengan demikian, masing-masing untai awal itu akan berasosiasi lagi dengan komplemennya, dan dua heliks ganda yang identikpun tercipta. Peristiwa itu disebut sebagai replikasi semikonservatif, sebab masing-masing heliks ganda yang terbentuk mengandung satu untai ‘induk’ dan satu untai yang baru tersintesis. (George H. Fried, 2005)
Pada tahun 1958, Matthew Meselson dan Franklin Stahl berhasil menunjukkan secara empiris bahwa replikasi DNA berlangsung dengan mekanisme secara semikonservatif. Meselson dan Stahl melakukan eksperimen untuk mengetahui mekanisme replikasi DNA dengan menggunakan bekteri Escherchia coli. Hasil eksperimen Meselson dan Stahl tersebut dengan jelas menunjukkan bahwa molekul DNA anakan terdiri atas satu untai DNA induk dan satu untai DNA hasil sintesis baru sehingga sesuai dengan model replikasi secara semikonservatif. (Triwibowo Yuwono, 2002)
v Komponen-Komponen Penting dalam Replikasi
·         DNA polimerase, yaitu enzim utama yang mengkatalis proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA.
·         DNA cetakan, yaitu molekul DNA atau RNA yang akan di replikasi.
·         Primase, yaitu enzim yang mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA.
·         Helikase, enzim pembuka ikatan untaian DNA induk.
·         DNA ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk menyambung fragmen-fragmen DNA.

v MEKANISME REPLIKASI (SINTESIS DNA)

Mekanisme DNA berlangsung dalam beberapa tahap yaitu: (1) denaturasi (pemisahan) untaian DNA induk, (2) peng-”awal”-an/permulaan (inisiasi) sintesis DNA, (3) pemanjangan untaian DNA, (4) memprimerkan sintesis DNA (Ligasi fragmen-fragmen DNA), dan (5) terminasi sintesis DNA.

1.    Denaturasi (Pemisahan) Untaian DNA Induk
Sintesis untaian DNA baru akan dimulai segera setelah kedua untaian DNA induk terpisah membentuk garpu replikasi. Pemisahan kedua untaian DNA induk yang akan di replikasi dilakukan oleh enzim DNA Heliksase. Kedua untaian DNA induk digunakan sebagai cetakan untuk menyintesis DNA baru. Sintesis DNA berlangsung dengan orientasi 5 à 3. Oleh karena ada dua untaian DNA cetakan yang orientasinya berlawanan, maka sintesis kedua untaian DNA baru juga berlangsung dengan arah geometris yang berlawanan, namun semuanya tetap dengan orientasi 5 à 3. Keadaan semacam ini menimbulkan perbedaan dalam hal mekanisme sintesis antara kedua untaian DNA baru. (Triwibowo Yuwono, 2002)
2.      Inisiasi Sintesis DNA
Inisiasi replikasi DNA adalah proses permulaan sintesis untaian DNA yang sebelumnya didahului oleh sintesis molekul primer. Dalam proses replikasi, garrpu replikasi akan membuka secara bertahap dimulai dari titik awal replikasi (ori)/pangkal replikasi (origin of replication) dan akan bergerak sepanjang DNA cetakan sampai semua molekul DNA induk di replikasi. Seperti telah disinggung sebelumnya, kedua untaian DNA yang baru disintesis dengan arah geometris yang berlawanan. Salah satu untaian DNA disintesis dengan arah geometris yang searah dengan pembukaan garpu replikasi, sedangkan untaian DNA lain di sintesis dengan arah yang berlawanan. Oleh karena itu, sintesis untaian DNA baru yang searah dengan pembukaan garpu replikasi akan dapat dilakukan tanpa terputus (sintesis secara kontinu). Untaian DNA yang di sintesis secara kontinu semacam ini disebut sebagai untaian DNA awal (leading strand). Sebaliknya, sintesis untaian DNA yang berlawanan arah geometrinya dengan arah pembukaan garpu replikasi dilakukan secara tahap demi tahap (sintesis secara diskontinu). Hal ini terjadi karena proses polimerisasi pada untaian DNA ini hanya dapat dilakukan setelah DNA cetakannya membuka seiring dengan membukanya garpu replikasi. Untaian DNA yang disintesis secara lambat semacam ini disebut untaian DNA lambat (lagging strand). (Triwibowo Yuwono, 2002)

3.      Pemanjangan Untaian DNA
Pemanjangan DNA baru pada cabang replikasi di katalis oleh enzim-enzim yang disebut DNA polimerase. Saat nukleotida-nukleotida berjejer dengan basa-basa komplementer sepanjang untaian pola cetakan DNA nukleotida-nukleotida ini di tambahkan oleh polimerase satu demi satu, ke ujung yang baru tumbuh dari untai DNA yang baru. Laju pemanjangannya kurang lebih 500 nukleotida per detik pada bakteri dan 50 per detik pada sel-sel manusia. (Neil A. Campbell, 2002)
DNA polimerase menambahkan nukleotida hanya pada ujung 3’ yang bebas dari untai DNA yang sedang terbentuk, tidak pernah pada ujung 5’. Jadi, untai DNA baru dapat memanjang hanya pada arah 5’ à 3’. Disepanjang salah satu untai cetakan, DNA polimerase dapat mensintesis untai komplementer yang kontinu dengan memanjangkan DNA yang baru ini dengan arah 5’ à 3’ yang bersifat wajib. Polimerase tersebut semata-mata bersarang pada cabang replikasi dan bergerak di sepanjang untai cetakan seiring bergeraknya cabang. Untai DNA yang dibuat dengan metode ini disebut leading strand (untai pemimpin).
Untuk memanjangkan untai baru DNA yang lain, polimerase harus bekerja di sepanjang cetakan jauh dari cabang replikasi. Untai DNA yang disintesis dalam arah ini disebut lagging strand. Prosesnya analog dengan metode menjahit yang disebut stik balik. Saat gelembung replikasi terbuka, molekul polimerase dapat bekerja jauh dari cabang replikasi dan mensintesis segmen pendek DNA. Saat gelembung berkembang, satu segmen pendek lagging strand lainnya dapat dibuat dengan cara yang sama. Berbeda dengan leading strand, yang memanjang terus menerus, lagging strand pertama kali disintesis sebagai serangkaian segmen. Potongan ini disebut fragmen Okazaki, sesuai dengan nama saintis Jepang yang menemukannya. Panjang fragmen-fragmen ini sekitar 100-200 nukleotida. (Neil A. Campbell, 2002)

4.      Memprimerkan Sintesis DNA
DNA polimerase sebenarnya tidak dapat memulai sintesis sebuah polinukleotida, tetapi hanya dapat menambahkan nukleotida pada ujung rantai yang sebelumnya sudah ada. Di dalam sel, rantai asli yang sebelumnya sudah ada, primer, bukanlah DNA, tetapi potongan pendek RNA, kelas lain asam nukleat. Suatu enzim yang disebut primase menggabungkan nukleotida-nukleotida RNA untuk membentuk primer, yang panjangnya kurang lebih 10 nukleotida pada eukariota. DNA polimerase yang lain kemudian menggantikan nukleotida-nukleotida RNA dari primer-primer ini dengan versi DNA. Hanya satu primer yang dibutuhkan agar DNA polimerase dapat mulai mensintesis leading strand dari untai DNA baru. Untuk lagging strand, setiap fragmen harus diprimerkan, primer-primer ini diubah ke DNA sebelum DNA ligase menggabungkan fragmen-fragmen tersebut menjadi satu. (Neil A. Campbell, 2002)

5.      Terminasi Sintesis DNA
Setelah dilakukan inisiasi dan polimerisasi, akhirnya proses replikasi DNA akan di akhiri dengan proses terminasi atau pengakhiran replikasi. Pada prokaryot, replikasi genom berbentuk lingkar akan berakhir pada waktu kedua garpu replikasi bertemu pada satu titik. Titik tempat pengakhiran replikasi disebut sisi terminasi. Pada eukariyot, keadaannya menjadi lain karena struktur genomnya linear sehingga ada komplikasi terminasi replikasi pada ujung-ujung kromosom. (Triwibowo Yuwono, 2002)


2.2  TRANSKRIPSI RNA

Transkripsi adalah proses penyalinan kode-kode genetik yang ada pada urutan DNA menjadi molekul RNA. Urutan nukleotida pada salah satu untaian molekul DNA digunakan sebagai cetakan (template) untuk sintesis molekul RNA yang komplementer. (Triwibowo Yuwono, 2002)
Transkripsi merupakan sintesis RNA berdasarkan arahan DNA. Kedua asam nukleat menggunakan bahasa yang sama, dan informasinya tinggal di transkripsi, atau di salin,  dari satu molekul ke molekul yang lain. Transkripsi ini menyediakan suatu cetakan untuk penyusunan urutan nukleotida RNA. (Neil A. Campbell, 2002)
Molekul RNA yang disintesis dalam proses transkripsi pada garis besarnya dapat di bedakan menjadi 3 kelompok molekul RNA, yaitu: mRNA (messenger RNA), tRNA (transfer RNA), dan rRNA (ribosomal RNA). (Triwibowo Yuwono, 2002)
DNA membimbing sintesis mRNA dengan cara yang amat serupa dengan cara membimbing replikasi dirinya. Enzim RNA polimerase mengikatkan diri pada situs khusus molekul DNA dan memisahkan kedua rantai pilinan ganda. Sintesis semua molekul RNA berlangsung menuju 5’ à 3’ perangkaian ribonukleotida membebaskan banyak sekali energi bebas karena kedua fosfat ujung setiap prekursor nukleotida trifosfat terpisah lepas karena nukleotida itu di tambahkan pada untaian yang bertumbuh. (John W. Kimball, 1983)

v  MEKANISME TRANSKRIPSI (SINTESIS RNA)

Terdapat 3 (tiga) tahapan transkripsi, yaitu:
1.      Pengikatan RNA Polimerase dan Inisiasi Transkripsi
Daerah DNA dimana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter. Suatu promoter mencakup titik-awal (startpoint) transkripsi (nukleotida di mana sintesis RNA sebenarnya dimulai) dan biasanya membentang beberapa lusin pasangan nukleotida “upstream” (ke depan) dari titik-awal. Di samping menentukan dimana transkripsi dimulai, promoter ini juga menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA yang digunakan sebagai cetakan.
Bagian-bagian tertentu suatu promoter sangat penting untuk pengikatan RNA polimerase. Dalam prokariota, RNA polimerase itu sendiri secara khusus mengenali dan mengikatkan dirinya dengan promoternya. Sebaliknya, dalam eukariota, suatu kumpulan protein yang disebut faktor transkripsi menjadi perantara antara pengikatan polimerase RNA dan inisiasi transkripsi. Hanya setelah faktor transkripsi tertentu diikat pada promoter barulah RNA polimerase mengikatkan diri pada promoter tersebut. Susunan yang lengkap antara faktor transkripsi dan RNA polimerase yang mengikatkan diri pada promoter disebut kompleks inisiasi transkripsi.
Interaksi antara RNA polimerase eukariotik dan faktor transkripsi merupakan suatu contoh betapa pentingnya interaksi protein-protein dalam mengontrol transkripsi eukariotik. Peran faktor transkripsi dan suatu urutan DNA promoter yang disebut boks TATA penting dalam membentuk kompleks inisiasi. Begitu polimerase tersebut terikat kuat pada DNA promoter, kedua untai DNA mengulur disana, dan enzim mulai mentranskripsi untai cetakannya. (Neil A. Campbell, 2002)

2.      Elongasi (Pemanjangan) Untai RNA
Pada saat RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA itu terus membuka pilinan heliks ganda tersebut, memperlihatkan kira-kira 10-20 basa DNA sekaligus untuk berpasangan dengan nukleotida RNA. Enzim ini menambahkan nukleotida ke ujung 3’dari molekul RNA yang sedang tumbuh begitu enzim itu berlanjut di sepanjang heliks ganda tersebut. Pada saat sintesis RNA berlangsung, heliks ganda DNA terbentuk kembali dan molekul RNA baru akan lepas dari cetakan DNA-nya. Transkripsi berlanjut pada laju kira-kira 60 nukleotida per detik pada eukariota.
Satu gen tunggal dapat di transkripsi secara simultan oleh beberapa molekul RNA polimerase yang saling mengikuti seperti barisan truk dalam suatu konvoi. Untai RNA yang sedang tumbuh memperlihatkan jejak dari setiap polimerase, dengan panjang setiap untai baru yang mencerminkan sejauh mana enzim itu telah berjalan dari titik awalnya di sepanjang cetakan tersebut. Banyaknya molekul polimerase yang secara simultan mentranskripsi gen tunggal akan meningkatkan jumlah molekul mRNA dan membantu suatu sel membuat protein dalam jumlah yang lebih besar. (Neil A. Campbell, 2002)

3.      Terminasi Transkripsi
Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator yang di traskripsi yakni, suatu urutan RNA berfungsi sebagai sinyal terminasi yang sesungguhnya. Terdapat beberapa mekanisme yang berbeda untuk terminasi transkripsi, yang perinciannya sebenarnya masih kurang jelas. Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir sinyal terminasi; ketika polimerase mencapai titik tersebut polimerase melepas RNA dan DNA. Sebaliknya,  pada sel eukariota, polimerase ini terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam pra-mRNA. Pada titik yang lebih jauh kira-kira 10-35 nukleotida, pra-mRNA ini dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut. (Neil A. Campbell, 2002)


BAB III
PENUTUP

3.1  Kesimpulan

·        Replikasi bahan genetik merupakan suatu mekanisme yang harus dilalui oleh suatu jasad untuk dapat memperbanyak diri.
·        Mekanisme replikasi bahan genetik memerlukan banyak protein dan enzim. Protein dan enzim merupakan produk ekspresi gen-gen yang ada pada genom jasad dengan melalui mekanisme transkripsi dan translasi. Replikasi bahan genetik hanya akan berlangsung jika ada proses transkripsi dan translasi.
·        Proses replikasi bahan genetik bersama-sama dengan proses transkripsi dan translasi merupakan rangkaian proses yang pada akhirnya akan bermuara pada pertumbuhan dan perbanyakan jasad hidup.
·        Transkripsi adalah proses yang mengawali ekspresi sifat-sifat genetik yang nantinya akan muncul sebagai fenotipe.
·        Molekul RNA yang di sintesis dalam proses transkripsi pada garis besarnya dapat dibedakan menjadi tiga kelompok molekul RNA, yaitu: mRNA, tRNA, dan rRNA.




DAFTAR PUSTAKA


Campbell, Neil A. 2002. Biologi Edisi Kelima. Jakarta. Penerbit: Erlangga
Fried, George H. 2005. Biologi Edisi Kedua. Jakarta. Penerbit: Erlangga
Kimball, John W. 1983. Biologi. Jakarta. Penerbit: Erlangga

Yuwono, Triwibowo. 2002. Biologi Molekular. Jakarta. Penerbit: Erlangga

Tidak ada komentar:

Posting Komentar