DNA, RNA, DAN SINTESIS PROTEIN Mata Kuliah Biomedik
Oleh : Arma Adi Prasetya
1106053735
Nur Aini Hidayah
1106004241
Putri Aprilia Regita
1106054196
Sofya Umi Labiba
1106016084
Tresnani Suci Nurani
1106008656
FAKULTAS KESEHATAN MASYARAKAT UNIVERSITAS INDONESIA 2012
DAFTAR ISI DAFTAR ISI KATA PENGANTAR BAB I PENDAHULUAN BAB II ISI DNA 1.1 Struktur DNA 1.2 Karateristik DNA 1.3 Replikasi DNA 1.4 DNA Repair RNA 2.1 Struktur RNA 2.2 Tipe RNA Sintesis Protein 3.1 Sintesa Protein pada Eukariotik – Prokariotik 3.2 Tahapan Sintesa Protein DAFTAR PUSTAKA
KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan kuasaNya kami berhasilkan menyelesaikan makalah ini dengan segala keterbatasan yang kami punya. Tak lupa kami ucapkan terimakasih banyak kepada dosen kami, Ibu Diah Utami yang telah memberikan kami bantuan yang tidak terkira banyaknya dalam penyelesaian makalah ini. Ucapan terimakasih juga kami sampaikan pada kedua orangtua dan keluarga kami yang telah memberi dukungan moral dan materiil pada kami beserta pihak – pihak lain yang tidak mungkin kami sebutkan satu persatu disini yang telah memberikan bantuan dalam bentuk apapun kepada kami. Makalah “DNA, RNA dan Sintesis Protein” yang telah kami susun sedemikian rupa ini untuk menjadi bentuk sumbangsih kami pada ilmu pengetahuan dan sekaligus untuk menyelesaikan tugas kami. Kami berharap makalah ini tidak hanya menjadi salah satu tugas yang kami selesaikan tapi juga bermakna bagi banyak orang. Kami percaya bahwa masih banyak kekurangan dalam makalah ini baik dari sistematika atau kontennya. Untuk itu kami berharap masukan, saran dan kritik dari para pembaca sekalian terkait makalah ini agar nantinya kami bisa memperbaiki diri pada makalah – makalah selanjutnya. Terimakasih banyak dan semoga bermanfaat.
Depok, Maret 2012
Penulis
BAB I PENDAHULUAN Sel merupakan satuan unit terkecil dari makhluk hidup. Sel mempunyai peranan yang besar sebagai penyusun suatu organisme. DNA merupakan bagian dari sel yang membawa materi genetik pada semua makhluk hidup. Begitu pula, RNA yang menjadi penyalur informasi genetik tersebut. Bagaimana tahapan dari replikasi DNA dan hipotesis yang diperoleh, bagaimana proses perbaikan DNA yang mengalami kerusakan, apa saja tipe RNA, dan bagaimana proses sintesa protein harus kita pelajari. Kita harus mempelajari kehidupan & organisme hidup pada ti ngkat sel atau dibawahnya agar kita bisa lebih bersykur atas kuasa Nya menciptakan segala seuatu. Perkembangan biologi sel bertumpu pada hasil riset dengan percobaan-percobaan deskriptif dimasa lalu hingga percobaan-percobaan analitik modern saat ini.
BAB II ISI
1. DNA ( deoxyribonucleic acid ) 1.1 Struktur DNA
DNA merupakan materi genetik yang terdapat pada semua sel makhluk hidup dan kebanyakan virus. DNA membawa informasi yang diperlukan untuk sintesis protein dan replikasi.
Gambar 1. DNA Struktur DNA rantai helix ganda ( double helix). Setiap rantai adalah polinukleotida, dan terdiri atas nukleotida, masing-masing dari nukleotida tersusun atas tiga unit yaitu gula, basa dan fosfat. Di dalam nukleotida terdapat nukleosida, yakni gula yang berpasangan dengan basa. Setiap nukleotida dalam polinukleotida dihubungkan dengan ikatan kimia yang sama (ikatan basa). Struktur nukleotida terdiri dari 1. Satu molekul gula Ada dua macam gula, yaitu ribosa (pentosa) dan dioxiribosa (aldopentosa) 2. Pasangan basa Pasangan basa terdiri dari dua macam yaitu basa purin dan pirimidin. Purin terdiri atas adenine (A) dan guanine (G) dengan ikatan tunggal hydrogen. Sedangkan, pirimidin terdiri atas sitosinin (S) dan timin (T). Pasangan basa dihubungkan dengan ikatan hidrogen, purin berpasangan dengan primidin (A-T dengan dua ikatan hydrogen) sedangkan (G-S dengan tiga ikatan hidrogen). 3. Fosfat
Fosfat yang dihubungkan dengan gula pentosa
membentuk sebuah ikatan yang
disebut ikatan fosfodiester.
1.2 Karakteristik DNA
DNA memiliki struktur seperti rantai, dengan rantai helix ganda (double helix) yang memilin yang dapat bereplikasi sendiri. Selain itu, terdapat karakteristik DNA yang lain diantaranya : 1. Besar ukuran pada sel haploid mencapai 3x 10
9
pasangan basa
2. Satu kromosom panjangnya ± 7 cm 3. Rantainya dapat terpisah (denaturasi karena alkali dan suhu panas) Denaturasi dapat terjadi saat DNA berada dalam kondisi panas mendekati 100
0
celcius maka akan terpisah, terlebih DNA dengan pasangan basa A-T yang hanya memilki dua ikatan hidrogen, karena pasangan basa G-C memliki 3 pasangan hydrogen akan lebih tahan terhadap panas. Dan dapat mengalami Renaturasi saat kembali dalam kondisi semua (suhu turun), dengan RNA yang utuh bertemu kembali dengna pasangannya yang sesuai. 4. Berfungsi sebagai materi genetik (pembawa sifat) DNA sebagai materi genetik, berfungsi dalam pengekspresian gen, DNA mengatur segala aktivitas sel,dan mampu membentuk cetakan-cetakan protein yang dibutuhkan oleh sel. 5. Bereplikasi/menggandakan diri menjadi dua dengan komposisi yang sama berfungsi dalam sintesis protein.
Gambar 2. Struktur DNA
1.3 Replikasi DNA
Gambar 3. Replikasi DNA
Replikasi DNA bersifat semikonservatif, yaitu kedua untai DNA bertindak sebagai cekatan untuk pembuatan untai-untai DNA baru. Replikasi DNA merupakan proses persiapan materi genetik untuk melakukan pembelahan (reproduksi). Sel prokariota terus-menerus melakukan replikasi DNA. Pada eukariota, waktu terjadinya replikasi DNA sangatlah diatur, yaitu pada fase daur sel, sebelum mitosis atau meiosisI. Kecepatan replikasi organisme eukariotik 10 kali lebih lama dari prokariotik (dikarenakan ribosom pada sel eukariotik berada di luar nucleus, sehingga mRNA harus melewati membrane nucleus). Sedangkan, replikasi genom manusia membutuhkan waktu 8 jam. Replikasi bersifat semi konservatif dan tejadi dalam dua arah ( didirection), yang arah sintesanya dari 5 ke 3. Berikut tahapan terjadinya replikasi DNA : 1.3.1 Tahapan replikasi
1. Tahapan Inisiasi Pembukaan Rantai Double Helix dengan bantuan DNA Helikase. Helikase mengubah ATP menjadi ADP sebagai energy untuk membuka dan memperpanjang cabang rantai DNA yang terpisah. DNA helikase, merupakan protein yang membantu tahap replikasi DNA, terdiri dari : •
Helikase II / III, yang melekatkan cetakan yang rantai tertinggal (‘3-5’) menjadi arah (‘5-3’)
•
Rep protein, yang mengikat rantai pertama yang sedang disintesis dan diubah arahnya manjadi ‘3-5’
2. DNA mulai direplikasi oleh DNA Polimerase III Di bantu dengan topoisomerase (DNA girase) yang mengurangi tegangan untai DNA, setelah itu untaian DNA tunggal dilekati oleh protein-protein pengikat untaian tunggal untuk mencegah terbentuknya heliks ganda kembali 3. Rantai DNA diperpanjang hingga membentuk untaian tunggal DNA baru : untaian baru dengan arah yang benar dari ‘5-3’
•
Leading strand
•
Lagging strand : untaian baru yang arahnya dari ‘3-5’ sehingga mengalami retakan-retakan pada untaiannya
4. RNA primer memiliki enzim primase untuk melekatkan RNA primer, enzim primase mampu membentuk fragmen-fragmen Okazaki. RNA primers memulai mensintesis DNA hanya sekali pada leading strand, sedangkan pada lagging strand dimulai pada setiap fragmen okazaki. 5. Enzim primase dapat bergabung dengan polipeptida lainnya dan pada saat itu primosome aktif, primosome mengubah arah sintesa dari ‘3-5’ menjadi ‘5-3’, primosome hanya akan muncul pada saat RNA primer lepas. 6. RNA primers lepas kemudian, kemudian diambil alih oleh DNA polymerase I untuk disintesis hingga mendekati bagian-bagian fragmen okazaki yang mendahuluinya, kemudian diubah arah sintesa menjadi ‘5-3’ 7. Fragmen-fragmen okazaki yang berdekatan digabungkan oleh DNA ligase 1.3.2
Hipotesis Replikasi DNA
Ada tiga hipotesis tentang replikasi DNA yang menjelaskan bagaimana pita double helix DNA membuat salinannya pada proses replikasi DNA, yaitu sebagai
berikut
1. Hipotesis konservatif, pita double helix DNA membentuk pita baru dalam keadaan utuh 2. Hipotesis semi konservatif, pita double helix DNA terbuka kemudian masingmasing membentuk pita baru sebagai pelengkapnya 3. Hipotesis dispersal, campuran antara potongan pita double helix DNA yang lama dengan yang baru dibentuk
1.4 DNA Repair
DNA Repair merupakan proses perbaikan DNA yang mengalami kerusakan, diantaranya karena a. Modifikasi basa (perubahan kimia, kehilangan basa, ikatan kovalen antar basa yang berdekatan) b. Gagalnya transkripsi dan translasi DNA c. Kerusakan DNA parah (DNA putus) DNA repair dikelompokkan dalam 3 cara, yaitu : 1. Damage Revesal, langsung digantikan Merupakan cara termudah karena tidak perlu dilakukan pemotongan DNA, hanya perlu diganti saja. 2. Damage Removal, dihilangkan Lebih rumit karena harus melakukan pemotongan untuk mengganti, dan terbagi menjadi, • Base excision repair dengan hanya mengganti satu basa yang rusak dan diganti dengan yang lain. • Mismatch repair dengan penggantian basa yang tidak sesuai yang dilakukan dengan enzim. • Nucleotide excision repair dengan cara memotong salah satu segmen DNA yang mengalami kerusakan. 3. Damage Tolerance, mentoleransi kesalahan, terbagi menjadi, •
Homolongous
recombination
(HR) , menggunakan sister kromatid untuk
memperbaiki kerusakan (tanpa delesi). •
Non homologous end joining (NHEJ), bila putusnya tidak sama makan akan
diratakan dulu dengan eksonukleuse, kemudian ada enzim tertentu yang bekerja dan akan menggabungkan (dengan delesi).
Gambar 4. DNA Repair
2. RNA ( ribonucleic acid ) 2.1 Struktur RNA
RNA merupakan makromolekul, yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik yang hanya terdapat pada virus tertentu. RNA merupakan rantai tunggal polinukleotida atau disebut juga single helix. Setiap ribonukleotida terdiri dari tiga gugus molekul yaitu 5 karbon, basa nitrogen dan gugus fosfat. Berbeda dengan DNA, pasangan basa pirimidin RNA terdiri dari sitosin (S) dan urasil (U). Pasangan basa purin terdiri dari adenin (A) dan timi n (T).
2.2 Tipe RNA
Ada tiga tipe RNA yang akan dibentuk pada saat diperlukan dalam proses sintesis protein, diantaranya a. RNA ribosom (RNAr). RNAr dicetak oleh DNA di dalam nukleus. RNAr merupakan komponen struktural yang utama di dalam ribosom yang disusun menjadi subunit, berfungsi membantu penempelan antara kodon dan antikodon dalam ribosom. b. RNA transfer (RNAt). RNAt memiliki tiga rangkaian basa pendek pada salah satu ujungnya yang disebut antikodon, yang berfungsi membawa asam amino spesifik dari sitoplasma yang berguna dalam sintesis protein yaitu pengurutan asam amino sesuai urutan kodonnya pada RNAd.
c. RNA massenger (RNAm), disebut juga RNA duta (RNAd). RNAd merupakan kode genetik (kodon) dari kromosom inti ke ribosom. Kode genetik RNAd tersebut kemudian menjadi cetakan untuk menentukan urutan asam amino pada rantai polipeptida.
3.
Sintesis Protein
Protein merupakan komponen organik terbesar pada sel-sel tubuh kita (10-15%). Protein sel merupakan penanda untuk penyakit-penyakit metabolik tertentu. Oleh karena itu protein berperan penting dalam metabolisme sel. Enzim-enzim, vitamin, zat regulator, hormon-hormon tertentu juga merupakan protein. 3.1 Sintesa Protein pada Prokariotik - Eukariotik
Sintesa protein merupakan suatu proses yang dinamis, dapat berubah-ubah tergantung lingkungan. Terdapat perbedaan proses sintesa protein pada sel prokariotik dan eukariotik DNA di sitoplasma, yaitu : a. Prokariotik : 1. DNA di sitoplasma 2. Proses transkripsi dan translasi terjadi di sitoplasma 3. Produk RNA primer hasil transkripsi DNA dapat langsung berfungsi b. Eukariotik 1. DNA di dalam inti 2. Proses transkripsi terjadi dalam inti sementara translasi di ribosom 3. RNA primer harus mengalami proses maturasi terlebih dahulu untuk menjadi RNA fungsional. Pada sel eukariot proses transkripsi maupun maturasi RNA primer ini terjadi didalam inti sel. Maturasi berupa proses Capping pembuatan tudung pada ujung 5’ dengan 7-metil-guanosin. Selain Capping; terjadi pula penambahan ekor poliadenilat pada ujung 3’. Jumlah penambahan poli A bervariasi dari 100-200 basa nitrogen. Selanjutnya RNA primer mengalami splicing
(pemotongan/penipisan intron oleh
SnRNA dan HnRN Protein dengan ribosom, yaitu suatu ribonukleat enzim sebagai
suatu katalisator). Pada saat terjadi splicing RNA, terbentuk struktur seperti kait. Setelah selesai proses ini, maka RNA primer sudah menjadi fungsional (menjadi maturasi mRNA). Fase selanjutnya adalah transportasi RNA mature ini melalui membran inti menuju ribosom di sitoplasma.
3.2 Tahapan Sintesa Protein
Sintesa protein terjadi dalam dua tahap, yaitu transkripsi dan translasi. 1. Transkripsi Pada tahap ini kodon-kodon pada potongan benang DNA disalin ke RNA. mRNA berfungsi sebagai pembawa pesan antara DNA dan protein yang nantinya bersintesis. Proses ini berlangsung dalam suatu sistem transkripsi disebut sistron. Arah penyalinan kodon-kodon dari ujung 5’ ke 3’ •
Dimulai dari tempat inisiasi (AUG) ke tempat terminasi (UAG,UAA,UGA)
•
RNA Polimerase menempel pada promoter di rantai DNA dan memisahkan kedua rantai pita DNA.
•
Rantai nukleotida RNA bebas berpindah dan ikatan hidrogen melengkapi basa pada rantai DNA.
•
RNA Polimerase berkaitan ke rantai nukleotida RNA pada arah 5’ k e 3’.
•
Rantai RNA yang sudah dibentuk melepaskan diri dari rantai DNA.
•
RNAm ditransportasikan ke retikulum endoplasma.
•
Kemudian ribosom membaca sekuens RNAm. Untuk mengubah RNAm kedalam bentuk protein digunakan RNAt untuk membaca sekuens RNAm. Sekali baca ditranslasikan 3 nukleotida menjadi satu asam amino. Syarat terjadinya transkripsi adalah adanya interaksi antara promotor dengan
enzim RNA Polimerase. Promotor merupakan pemacu transkripsi dan syarat mutlak terjadinya transkripsi. Enzim RNA Polimerase: a. Pada prokariotik hanya ada 1 macam RNA-Polimerase b. Pada eukariotik ada 3 macam RNA-Polimerase (I,II,III) •
Polimerase I mengkode ribosom DNA
•
Polimerase II mengkode gen-gen yang bekerja selama transkripsi, pre m-RNA , snu-RNA, m-RNA dan sebagian kecil sn-RNA
•
Polimerase III mengkode t-RNA dan RNA-RNA kecil contohnya sn-RNA
Terdapat tiga tahapan, yakni: 1. Inisiasi
: munculnya promoter sebagai akibat menempelnya RNA
polimerse pada bagian DNA tertentu. 2. Elongasi
: terjadi selama proses transkripsi, hingga promoter berada pada
bagian akhir (terminator). 3. Terminasi : berhentinya promotor men-transkrip DNA karena terminator, dan menghasilkan untaian m-RNA
Di dalam satu untai DNA, terdapat banyak RNA polymerase yang mampu bekerja di sepanajng bagian tertentu, yang dapat menghasilkan m-RNA, sehingga sel mampu menghasilkan banyak protein dengan jenis yang sama dalam waktu yang singkat pula.
2. Translasi Translasi merupakan proses penerjemahan kodon-kodon m-RNA dalam bentuk polipeptida (urutan asam amino) di ribosom. Penerjemahan satu kodon menghasilkan satu asam amino. Dimulai dengan penerjemahan kodon-kodon triplet dari awal sampai akhir. Tahap translasi mengikutsertakan r-RNA (ribosomal RNA). Ribosom terbagi menjadi dua jenis yakni sub unit kecil yang tersusun atas satu m-RNA, sedangkan sub unit besar tersusun atas dua m-RNA dan beberapa jenis protein di dalamnya. Dua sub unit ini tidak akan menyatu selama belum terjadinya sintesis protein. Pada proses ini dibagi menjadi tiga tahapan, yaitu: Inisiasi,Translasi,Elongasi, dan terminasi. a. Inisiasi •
Diawali dengan menempelnya ribosom unit kecil pada bagian ujung 5’ RNAd.
•
RNAt pertama (inisiator ) datang membawa asam amino metionin dengan antikodon UAC pada RNAd tepat pada kodon start AUG pada posisi P.
•
Proses pelekatan ribosom unit besar dengan ribosom unit kecil.
•
Ribosom unit besar memiliki 3 posisi khusus pelekatan RNAt, yaitu A, P, dan E. Posisi A paling kanan sebagai temat masuknya RNAt yang membsawa asam amino. Posisi P ditengah sebagai tempat RNAt melepaskan asam amino. Posisi E paling kiri sebagai temapt keluarnya RNAt dari ribosom.
b. Elongasi •
Elongasi dimulai dengan munculnya t-RNA baru yang membawa asam amino dan anti kodon yang baru pula.
•
Terjadi pergeseran t-RNA dengan asam amino pembuka (kunci-AUG) dengan tRNA yang baru dengan anti kodon dan asam amino baru (Sub unit besar memilki tiga sisi atau tempat yaitu E-site, P-site dan A-site. Jadi pergeseran dari A-site menuju ke P-site, namun pada awal pembukaan
t-RNA kunci langsung
menempati A-site dan bergeser hingga lepas pada bagian E-site) •
t-RNA baru datang dan kemudian terjadi pemanjangan rangkaian asam amino yang kemudian disusun menjadi polipeptida
c. Terminasi : Polimerase melepaskan diri pada terminator (kodon terminasi) •
Protein faktor pelepas mengikatktan diri pada kodon stop.
•
Penambahan air pada rantai polipeptida.
•
Translasi berhenti sebab kodon stop tidak dapat mengikat suatu aminosil RNAt.
•
Rantai polipeptida terlepas dari ribosom.
•
Prosesnya berakhir ketika ribosom melepas mRNA dan berdisosiasi menjadi subunit 3’ dan 5’ kembali.
DAFTAR PUSTAKA Watson et al (2008). Molecular Biology of The Gene. Colby, Diane S (1991). Ringkasan Biokimia Harper . Jakarta: EGC. Marder SS (1993). Genetic in Biology. Fourth edition. USA: The McGraw-Hill Companies, Inc.
