LAPORAN ASAM NUKLEAT

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 sejarah penemuan

Friedrich Miescher (1844-1895) adalah orang yang mengawali pengetahuan mengenai kimia dan inti sel. Pada tahun      1868, dilaboratorium Hoppe-Syler di Tubingen, beliau memilih sel yang terdapat pada nanah bekas pembalut luka, kemudian sel-sel tersebut dilarutkan dalam asam encer dan dengan cara ini diperoleh inti sel yang masih terikat pada sejumlah protein. Dengan menambahkan enzim pemecah protein ia dapat memperoleh inti sel saja dan dengan cara ekstraksi terhadap inti sel diperoleh suatu zat yang larut dalam basa tetapi tidak larut dalam asam. kemudian zat ini dinamakan “nuclein” sekarang dikenal dengan nama nucleoprotein. Selanjutnya dibuktikan bahwa asam nukleat

merupakan salah satu senyawa pembentuk sel dan jaringan normal. Beberapa fungsi penting asam nukleat adalah menyimpan, menstransmisi, dan mentranslasi informasi genetik; metabolisme antara(intermediary metabolism) dan reaksi-reaksi informasi energi; koenzim pembawa energi; koenzim pemindah asam asetat, zat gula, senyawa amino dan biomolekul lainnya; koenzim reaksi oksidasi reduksi. Asam nukleat dalam sel ada dua jenis yaitu DNA (deoxyribonucleic acid ) atau asam deoksiribonukleat dan RNA (ribonucleic acid )atau asam ribonukleat. Baik DNA maupun RNA berupa anion dan pada umumnya terikat oleh protein dan bersifat basa. Misalnya DNA dalam inti sel terikat pada histon. Senyawa gabungan antara protein dan asam nukleat disebutnucleoprotein. Molekul asam nukleat merupakan polimer seperti protein tetapi unit penyusunnya adalahnuk leotida . ATP adalah salah satu contoh nukleotida asam nukleat bebas yang berperan sebagai pembawa energi. (Hartati, N.S., dan Titik, K.P. 2003).

2.2 pengertian

Asam nukleat (bahasa Inggris: nucleic acid) adalah makromolekul biokimia yang kompleks, berbobot molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang mengandung informasi genetik. Asam nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) and Asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus.Asam nukleat dinamai demikian karena keberadaan umumnya di dalam inti (nukleus) sel. Asam nukleat merupakan biopolimer, dan monomer penyusunnya adalah nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu sebuah basa nitrogen heterosiklik (purin atau pirimidin), sebuah gula pentosa, dan sebuah gugus fosfat. Jenis asam nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada rantai asam nukleat tersebut (misalnya, DNA atau asam deoksiribonukleat mengandung 2-deoksiribosa). Selain itu, basa nitrogen yang ditemukan pada kedua jenis asam nukleat tersebut memiliki perbedaan: adenin, sitosin, dan guanin dapat ditemukan pada RNA maupun DNA, sedangkan timin dapat ditemukan hanya pada DNA dan urasil dapat ditemukan hanya pada RNA.Pemahaman dari asam nukleat sangat bermanfaat dalam mendasari pemahaman biokimia terutama dalam hal genetika. Asam nukleat tersusun dari lebih dari satu nukleotida. Nukleotida merupakan ikatan ester antara nekleosida dengan fosfat.Sedangkan nukleosida sendiri merupakan ikatan beta-N-glikosidik, dimana purin dan pirimidin memiliki ikatan gula dengan nitrogen. Dengan kata lain nukleosida merupakan nukleotida yang tidak terphosporilasi (tidak berikatan dengan phosphat).
Secara awam, nukleosida merupakan ikatan antara gula dan basa nitrogen.
Pada ADP maupun ATP phospat saling berikatan dengan ikatan anhidrid asam.Gula terbagi menjadi dua tipe yaitu ribonukloesida dan dioksi ribonukleosida. Pada ribonukleosida, ikatan nitrogen terjadi di D-ribosa, sedangkan pada dioksiribonukleosida, ikatan N terjadi di 2-deoksi-D-ribosa.Basa nitrogen dalam asam nukleat terdiri dari macam yaitu basa purin dan basa pirimidin. Basa purin memiliki adenin dan guanin. Sedangkan basa pirimidin memiliki sitosin, timin (pada DNA), dan Urasil (pada RNA).Asam nukleat merupakan polimer besar dengan ukuran yang bervariasi antara 25.000 /1.000.000 s/d 1 milyar. Asam nukleat baik DNA maupun RNA tersusun dari monomer nukleotida . Nukleotida tersusun dari gugus fosfat, basa nitrogen dan gula pentosa. Basa nitrogen berasal dari kolompok purin dan pirimidin.Purin utama asam nukleat adalahadenin dangua nin, sedangkanpirimidinn ya adalah sitosin, timin danuras il. Nukleotida merupakan nukleosida yang gugus gula pada posisi 5’-nya mengikat asam fosfat (gugus fosfat) dengan ikatan ester. Nukleosida terdiri atas pentosa ( deoksiribosa atau ribosa) yang mengikat suatu basa (derivat purin atau pirimidin). (Purnawarman, T. 2000).

Asam ribonukleat (bahasa Inggris:ribonucleic acid, RNA) senyawa yang merupakan bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok (central dogma) genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein.Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah nukleotida. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus gula ribosa, dan satu gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus gula ribosa dari nukleotida yang lain.Perbedaan RNA dengan DNA terletak pada satu gugus hidroksil tambahan pada cincin gula ribosa (sehingga dinamakan ribosa). Basa nitrogen pada RNA sama dengan DNA, kecuali basa timin pada DNA diganti dengan urasil pada RNA. Jadi tetap ada empat pilihan: adenin, guanin, sitosin, atau urasil untuk suatu nukleotida.Selain itu, bentuk konformasi RNA tidak berupa pilin ganda sebagaimana DNA, tetapi bervariasi sesuai dengan tipe dan fungsinya. (Sibald, I.R. 1979).

2.3 ikatan glikosida.

Pentosa yang berasal dari DNA ialah deoksiribosa dan dari RNA ialah ribosa. Basa purin dan pirimidin yang berasal dari DNA ialah adenin, guanin, sitosin dan timin. Sedangkan basa RNA terdiri atas adenin, guanin, sitosin dan urasil. Dengan demikian nukleosida adalah penyusun nukleotida dan dapat diberi nama trivial dan nama sistematis. Nukleosida dalam bentuk bebas ada memiliki fungsi penting bagi kesehatan contohnya, puromisin yang berfungsi sebagai antibiotik yang menghambat sintesis protein ( dihasilkan oleh streptomyces). Arabinosil sitosin dan arabinosil adenin sebagai anti virus dan anti jamur. Beberapa nukleotida yang mempunyai fungsi penting dalam sel misalnya Adenosin 5’ monofosfat (AMP), Adenosin 5’ –difosfat (ADP) dan Adenosin 5’-trifosfat (ATP) yang berperan penting dalam transfer gugus fosfat untuk menerima dan mengantar energi. Nukleotida lain yang berbentuk siklik seperti Adenosin 3’-5’- siklik monofosfat ( AMP-siklik atau cAMP) berperan sebagai kurir sekunder dalm mengendalikan metabolisme hormon adrenalin. Nukleotida bebas lain adalah guanosin siklik monofosfat ( GMP siklik = cGMP ) yang diduga berfungsi sebagai penghambat enzim yang dirangsang oleh cAMP. Selain itu diketahui beberapa trifosfonukleotida selain ATP yang berperan dalam berbagai reaksi dalam sel. Misalnya CTP (Sitidin 5’- trifosfat) terlibat dalam biosintesis fosfolipid, UTP berperan dalam biosintesis berbagai senyawa karbohidrat. CTP dan UTP juga digunakan dalam biosintesis RNA dan DNA (Soewandi, B. 1974).

2.4 Struktur Asam Deoksiribonukleat (DNA)

DNA merupakan polimer yang terdiri dari tiga komponen utama, yaitu gugus fosfat, gula deoksiribosa, dan basa nitrogen. Sebuah unit monomer DNA yang terdiri dari ketiga komponen tersebut dinamakan nukleotida, sehingga DNA tergolong sebagai polinukleotida.Rantai DNA memiliki lebar 22-24 Å, sementara panjang satu unit nukleotida 3,3 Å^[1]. Walaupun unit monomer ini sangatlah kecil, DNA dapat memiliki jutaan nukleotida yang terangkai seperti rantai. Misalnya, kromosom terbesar pada manusia terdiri atas 220 juta nukleotida.Rangka utama untai DNA terdiri dari gugus fosfat dan gula yang berselang-seling. Gula pada DNA adalah gula pentosa (berkarbon lima), yaitu 2-deoksiribosa. Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester antara atom karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. Salah satu perbedaan utama DNA dan RNA adalah gula penyusunnya; gula RNA adalah ribosa.DNA terdiri atas dua untai yang berpilin membentuk struktur heliks ganda. Pada struktur heliks ganda, orientasi rantai nukleotida pada satu untai berlawanan dengan orientasi nukleotida untai lainnya. Hal ini disebut sebagai antiparalel. Masing-masing untai terdiri dari rangka utama, sebagai struktur utama, dan basa nitrogen, yang berinteraksi dengan untai DNA satunya pada heliks. Kedua untai pada heliks ganda DNA disatukan oleh ikatan hidrogen antara basa-basa yang terdapat pada kedua untai tersebut. Empat basa yang ditemukan pada DNA adalah adenin (dilambangkan A), sitosin (C, dari cytosine), guanin (G), dan timin (T). Adenin berikatan hidrogen dengan timin, sedangkan guanin berikatan dengan sitosin.

1. Struktur tangga berpilin (double helix) DNA

Dua orang ilmuwan, J.D.Watson dan F.H.C.Crick, mengajukan model struktur molekul DNA yang hingga kini sangat diyakini kebenarannya dan dijadikan dasar dalam berbagai teknik yang berkaitan dengan manipulasi DNA. Model tersebut dikenal sebagai tangga berplilin (double helix). Secara alami DNA pada umumnya mempunyai struktur molekul tangga berpilin ini.Model tangga berpilin menggambarkan struktur molekul DNA sebagai dua rantai polinukleotida yang saling memilin membentuk spiral dengan arah pilinan ke kanan. Fosfat dan gula pada masing-masing rantai menghadap ke arah luar sumbu pilinan, sedangkan basa N menghadap ke arah dalam sumbu pilinan dengan susunan yang sangat khas sebagai pasangan – pasangan basa antara kedua rantai. Dalam hal ini, basa A pada satu rantai akan berpasangan dengan basa T pada rantai lainnya, sedangkan basa G berpasangan dengan basa C. Pasangan-pasangan basa ini dihubungkan oleh ikatan hidrogen yang lemah (nonkovalen). Basa A dan T dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap dua, sedangkan basa G dan C dihubungkan oleh ikatan hidrogen rangkap tiga. Adanya ikatan hidrogen tersebut menjadikan kedua rantai polinukleotida terikat satu sama lain dan saling komplementer. Artinya, begitu sekuens basa pada salah satu rantai diketahui, maka sekuens pada rantai yang lainnya dapat ditentukan.Oleh karena basa bisiklik selalu berpasangan dengan basa monosiklik, maka jarak antara kedua rantai polinukleotida di sepanjang molekul DNA akan selalu tetap. Dengan perkataan lain, kedua rantai tersebut sejajar. Akan tetapi, jika rantai yang satu dibaca dari arah 5’ ke 3’, maka rantai pasangannya dibaca dari arah 3’ ke 5’. Jadi, kedua rantai tersebut sejajar tetapi berlawanan arah .Asam ini adalah polimer yang terdiri atas molekul-molekul deoksiribonukleotida yang terikat satu sama lain sehingga membentuk rantai polinukleotida yang panjang. Molekul DNA yang panjang ini terbentuk oleh ikatan antara atom C nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul deoksiribosa dengan perantaraan gugus fosfat.

Secara kimia DNA mengandung karakteri/sifat sebagai berikut:

1. Memiliki gugus gula deoksiribosa.

2. Basa nitrogennya guanin (G), sitosin (C), timin (T) dan

adenin (A).

3. Memiliki rantai heliks ganda anti paralel

4. Kandungan basa nitrogen antara kedua rantai sama banyak dan berpasangan spesifik satu dengan lain. Guanin selalu berpasangan dengan sitosin ( G –C), dan adenin berpasangan dengan timin (A - T), sehingga jumlah guanin selalu sama dengan jumlah sitosin. Demikian pula adenin dan timin. (Soewandi, B. 1974).

2.5 Struktur Asam Ribonukleat (RNA)

Asam ribonukleat adalah suatu polimer yang terdiri atas

molekul-molekul ribonukleotida. Seperti DNA asam ribonukleat terbentuk oleh adanya ikatan antara atom C nomor 3 dengan atom C nomor 5 pada molekul ribosa dengan perantaraan gugus fosfat. Rumus strukturnya sama dengan gambar 10.2 tetapi gulanya adalah ribosa ( atom C nomor 2 mengikat gugus OH)

RNA memiliki sifat spesifik yang berbeda dengan sifat kimia DNA, yakni dalam hal:

1. Gula pentosanya adalah ribosa

2. RNA memiliki ribonukleotida guanin(G), sitosin (C), adenin (A) dan Urasil (U) pengganti Timin pada DNA.

3.Untai fosfodiesternya adalah untai tunggal yang bisa melipat membentuk jepit rambut seperti untai ganda.Beda dengan DNA bentuk molekulnya heliks ganda.

4. Prosentasi kandungan bas tidak harus sama, pasangan adenin tidak harus sama dengan urasil, dan sitosin tidak harus sama dengan guanin.

Ada tiga jenis RNA yaitu tRNA (transfer RNA), mRNA ( messenger RNA ) dan rRNA (ribosomal RNA). Ketiga macam RNA ini mempunyai fungsi yang berbeda-beda, tetapi ketiganya secara bersama-sama mempunyai peranan penting dalam sintesis protein. Struktur asam nukleat dapat dilihat/tertulis dalam bentuk struktur primer, sekunder, dan tersier. Struktur primer terbentuk bila gugus fosfat satu nukleotida berikatan ester dengan gugus hidroksil nukleotida lain melalui ikatan kovalen. Penggabungan berbagai nukleotida ini membentuk rantai rantai panjang (polinukleotida). Dua ciri penting semua polinukleotida adalah:

1) Ikatan fosfodiester polinukleotida antara unit-unit monomer selalu antara karbon 3’ dari satu monomer dan karbon 5’ dari yang berikutnya. Jadi 2 ujung DNA dari rantai polinukleotida linear tersebut akan berlawanan. Satu ujung secara normal akan melakukan reaksi dengan fosfat 5’ dan yang lain bereaksi dengan gugus hidroksil 3’.

2) Rantai polinukleotida mempunyai kekhasan, ditentukan

melalui urutan basanya. (Waskito, W.M. 1983).

2.6 Struktur sekunder DNA

Struktur sekunder DNA ditemukan oleh James D. Watson dan F.H.C Crick (1953). Mereka menyusun pola difraksi sinar X yang menunjukkan model polideoksiribonukleotida berbentuk heliks ganda. Struktur sekunder RNA adalah kumparan acak tunggal dan beberapa bagian berbentuk heliks yang menunjukkan pasangan basa. Struktur sekunder RNA bermacam-macam sesuai jenis RNA- nya. Jenis mRNA dapat berbentuk heliks, tRNA berbentuk daun semanggi dan rRNA berbentuk acak. Banyak DNA secara alami mempunyai struktur tersier. Salah satu contohnya adalah struktur sirkular yang dapat berbentuk acak (berlilitan) dan sirkular terbuka. Pelilitan merupakan struktur DNA yang tertutup secara kovalen karena untai polinukleotidanya tetap utuh. Struktur ini tidak mempunyai ujung 5’ atau 3’ bebas. Jika salah satu untai polinukleotida putus, maka heliks ganda akan kembali kebentuk normalnya sebagai sirkulasi terbuka. Contoh DNA tersier adalah DNA virus ST-40, DNA plasmid bakteri, dan lain-lain. Struktur DNA ini mempunyai sifat sangat khas dan bermanfaat untuk rekayasa gen. (Kasryno, F. 1995).

2.7 Replikasi DNA

Molekul DNA merupakan rantai polinukleotida yang mempunyai beberapa jenis basa purin dan pirimidin, dan berbentuk heliks ganda. Antara rantai satu dengan pasangannya dalam heliks ganda terdapat ikatan hidrogen. Molekul DNA yang berbentuk heliks ganda ini mempunyai sifat dapat membelah diri dan masing-masing rantai polinukleotida mampu membentuk rantai baru yang merupakan pasangannya. Terjadinya heliks ganda yang baru dan proses terbentuknya molekul DNA baru ini disebutreplikasi.

Proses pembentukan DNA (penggandaan) membutuhkan komponen-komponen sebagai berikut.

1.DNA polimerase (enzim yang mengkatalisis perpanjangan rantai nukleotida satu dengan yang lainnya)

2.Deoksiribonukleosida trifosfat (dATP, dTTP, dGTP, dCTP = monomer penyusun rantai polinukleotida).

3.Protein pembentang dan 20 protein enzim lainnya atau sistem replikasi DNA atau replisoma (fungsi kompleks).

4.DNA ligase (menyambung fragmen-fragmen hasil polimerasasi).

5.DNA cetakan (DNA induk untuk sintesis DNA baru

6.DNA primer (DNA pengawal untuk sintesis DNA baru)

Sintesis ini tejadi secara semi konservatif karena hanya satu untaian induk DNA dipertahankan pada tiap DNA keturunan. Dengan demikian bila satu molekul DNA dengan dua rantai antiparalel bereplikasi, mula-mula akan menghasilkan dua rantai DNA baru. Kemudian 4 rantai DNA (yaitu 2 rantai DNA asli ditambah 2 rantai DNA yang terbentuk) yang ada bereplikasi lagi menjadi 8 rantai DNA, delapan ini bereplikasi menjadi 16 dan seterusnya. Reaksi polimerasasi (perpanjangan rantai nukleotida) mengikuti arah 5’ ke arah 3’. (Rondof, P and F. Lancon. 1991).

2.8 Tahap-tahap reaksi sintesis DNA

Tahap-tahap reaksi sintesis DNA :
1. Tahap pembukaan DNA untai ganda superkoil
2. Sintesis oligonukleotida primer
3. Pemanjangan rantai DNA arah 5’--- 3’, pelepasan primer dan

4. Penyambungan fragmen DNA dan membentukan ikatan

fosfodiester

Proses tahap awal pembukaan DNA dikatalisis oleh 3 jenis enzim yaitu 1) enzimhelika s e (atau DNA- unwinding enzyme) yang mengkatalisis pembukaan bagian DNA yang kedua untainya terpisah (garpu replikasi). 2) Enzimhelik s -des ta bilizin g protein atau single-strandedDNA-binding protein yang berfungsi menjaga basa- basa pada untai tunggal agar tidak berpasangan dengan lain, dan 3) enzim DNAgira se mengkatalisis pembukaan heliks ganda sebelum proses replikasi dimulai. Ketiga enzim ini bekerja sama membentuk DNA untai tunggal. Tahap selanjutnya menggunakan enzim RNA polimerase spesifik atau dikenal enzim primase atau dnaG dan protein dnaB. Pembentukan oligonukleotida primer dilakukan pada daerah spesifik DNA sebagai tempat awal replikasi. RNA polimerase spesifik ini berbeda dengan RNA polimerase untuk sintesis RNA, karena enzim ini bersifat nukleofilik dalam pembentukan ikatan fosfodiester dari rantai DNA yang tidak berpasangan. dnaB berfungsi mengikat DNA untai tunggal pada sisi awal replikasi kemudian dnaG membentuk oligonukleotida primer. Tahap berikut menggunkan katalis DNA polimerase III dan DNA polimerase I serta DNA ligase. Proses penumbuhan rantai terjadi dengan penambahan deoksiribonukleotida pada gugus 3’-OH ujung rantai primer (pertumbuhan 5’ → 3’). Karena kedua rantai DNA bersifat anti paralel satu terhadap lainnya (5’ → 3’, dan 3’ → 5’) maka replikasi semikonservatif yang terjadi juga berbeda. Pada satu rantai replikasinya bersifat kontinyu dan menghasilkan untai penuntun (leading strand). Sedangkan untai yang lain repilikasinya bersifat diskontinyu dan menghasilkan untai potongan atau disebut jugafragmen Okazaki. Sehingga pada tahap ini dihasilkan satu untai utuh DNA anak mengikuti DNA induk dan satu untai lagi fragmen berupa DNA anak. Fragmen DNA anak ini kemudian dirangkaikan menjadi satu untai utuh oleh enzim DNA ligase sehingga akhirnya satu DNA double heliks menghasilkan 2 DNA anak helik ganda dan seterusnya.Penyambungan fragmen okazaki merupakan pembentukan ikatan fosfodisester antara gugus 3’-OH residu nukleosida dan fosfat residu yang berdekatan. Proses dengan katalisis DNA ligase ini pada E. Coli membutukan kofaktor NAD dan pada eukariotik menggunakan kofaktor ATP. (Rusastra, I.W.R.1992).

2.9 Proses Transkripsi RNA

Proses transkripsi adalah pembentukan molekul RNA sesuai pesan yang diberikan oleh DNA. Pada tahap ini informasi genetik diberikan kepada molekul RNA yang terbentuk selaku perantara dalam sintesis protein. Proses transkripsi membutuhkan rantai DNA tunggal sebagai cetakan, RNA polimerase untuk pemanjangan rantai RNA, keempat ribonukleosida 5’-trifosfat ( ATP, GTP, UTP, dan CTP), serta berbagai enzim kompleks. Dalam proses ini terbentuk berbagai jenis RNA dari gen DNA yang transkripsi. Gen adalah bagian tertentu dari DNA yang menyandi satu polipeptida (protein) tertentu. Proses ini menyerupai replikasi DNA namun ada perbedaan prinsip antara keduannya. (suharsisni, A.1993).

Pada sintesis DNA seluruh urutan nukleotida DNA digandakan seperti DNA induk. Pada transkripsi tidak semua DNA ditraksripsi menjadi RNA, hanya gen atau kolompok gen yang ditranskripsi. Reaksi polimerisasi RNA berlangsung mengikuti arah ribonukleosida trifosfat keribonukleosida 3’-fosfat. Produk yang terbentuk pada proses ini adalah RNA yang komplemen dengan salah satu rantai DNA dupleks yang menjadi cetakan. Semua produk RNA –nya dalam berbagai jenis dan beruntai tunggal. Garis besar tahapan proses sintesis RNA. Tahap pertama : Enzim polimerase mengikat urutan basa spesifik atau urutan tanda permulaan DNA yaitu rangkaian 10 nukleotida yang kaya pirimidin. Pengikatan ini menyebabkan terbukanya heliks ganda DNA dengan panjang tertentu (inisiasi). RNA polimerase pada bakteri menghasilkan ketiga jenis RNA. Sementara pada sel mamalia memerlukan RNA polimerase berbeda-beda untk mensintesis ketiga jenis RNA. Tahap kedua: RNA polimerase mengkatalisis pemanjangan (elongasi) ikatan fosfodiester antara ribonukleosida trifosfat dan ujung 3- fosfat melalui cara seperti DNA polimerase I. Proses pemanjangan ini disertai dengan hidrolisis pirofoffat untuk membantu menyediakan gaya pendorong untuk reaksi tersebut. Substrat reaksi RNA polimerase adalah ATP, GTP, UTP, dan CTP sesuai dengan komplemennya pada urutan DNA. Tahap ketiga: Komplemen DNA-RNA (hibrid) yang dihasilkan membuka dengan melepaskan RNA yang terbentuk, diikuti hibridisasi ulang rantai DNA membentuk untai DNA ganda. Pada ujung gen, terdapat urutan penghenti (terminasi). yang menyebabkan proses transkripsi berhenti. Keadaan ini diikuti dengan pelepasan RNA polimerase dari DNA. Tahap keempat: Adalah tahap akhir dimana terjadi perubahan secara kimia RNA yang terbentuk. (Sayuti, R.2002).

Biasanya setelah proses pembentukan RNA, terjadi proses lanjutan untuk membuat RNA menjadi aktif. rRNA dan tRNA dibuat dalam bentuk prekusor yang lebih panjang, kemudian dimodifikasi dan dipecah untuk menghasilkan berbagai produk akhir. Demikian juga mRNA. Pada sel hewan yang terinfeksi virus dapat terjadi transkripsi balik yaitu polimerisasi DNA dari RNA. (Subagio, A.2002).

Dalam proses biosintesis protein molekul DNA berperan sebagai cetakan bagi terbentuknya RNA, sedangkan molekul RNA kemudian mengarahkan urutan asam amino dalam pembentukan molekul protein yang berlangsung dalam ribosom. Untuk memahami lebih lanjut fungsi RNA dalam sintesis protein, berikut akan dibahas tiga jenis RNA yaitu rRNA ( ribosomal RNA), mRNA (messenger RNA) dan tRNA (transfer RNA). rRNA bersama dengan protein merupakan komponen yang membentuk ribosom dalam sel. Walaupun rRNA ini merupakan komponen utama ribosom, namun perananya dlam sintesis protein yang berlangsung diribosom belum diketahui. rRNA ini merupakan RNA yang paling banyak ( ± 80%) dibandingkan dua jenis RNA yang lain dari keselurahan RNA. mRNA diproduksi dalam inti sel dan merupakan RNA paling

sedikit junlahnya (± 5%) dari keseluruhan RNA dalam sel. Pembentukan mRNA dalam inti sel menggunakan DNA sebagai molekul cetakan dan susunan basa pada mRNA merupakan komplemen salah satu rantai molekul DNA. Dengan demikian urutan basa purin dan pirimidin pada mRNA serupa dengan uruten purin dan pirimidin salah satu rantai molekul DNA, dengan perbedaan basa timin diganti urasil. mRNA yang terbentuk dalam inti sel kemudian keluar dari inti sel dan masuk kesitoplasma dan terikat pada ribosom.

5’- GCGGCGACGCGCAGUUAAUCCC ACAGCCG-3’- mRNA

3’- CGCCGCT GCGCGTCAAT T AGGGTGTCGGC-5’-untai cetakan DNA

5’- GCGGCGACGCGCAGTTAATCCCACAGCCG-3’-untai penyandi DNA

Kode genetika yang berupa urutan basa pada molekul DNA, disalin pada urutan basa nukleotida molekul mRNA. Tiap tiga buah basa yang berurutan (triplet) disebutk odon. Sebagai contoh AUG adalah kodon yang terbentuk dari kombinasi adenin-urasil-guanin,GCU adalah kodon yang terbentuk dari kombinasi guanin-sitosin- urasil. Oleh karena basa pada RNA ada empat buah yaitu A,U,C,G, maka akan terdapat 43 kombinasi atau 64 buah kodon. Mengingat jumlah asam amino hanya 20 buah, maka tidak setiap kodon disediakan bagi satu macam asam amino. Umumnya beberapa jenis kodon disediakan bagi satu macam asam amino. Hanya triptopan da n metionin yang mempunyai satu jenis kodon yaitu UGG untuk triptofan dan AUG untuk metionin. (Rusastra, I.W.R.1992).

Secara umum biosintesis protein terjadi dalam lima tahap utama:
1.aktivasi asam amino
2.inisiasi rantai polipeptida
3.pemanjangan (elongasi) rantai polipeptida

4. terminasi (penghentian) dan pembebasan rantai polipeptida

5. pelipatan dan pengolahan (deformilmetionilasi)

1. Aktivasi asam amino merupakan proses perubahan asam amino menjadi amino asil –tRNA dengan bantuan ATP. Artinya proses biosintesis protein tiap molekul tRNA membawa satu molekul asam amino masuk kedalam ribosom. Pada sel eukariot tahap aktivasi terjadi di sitosol (cairan sitoplasma). Pembentukan ikatan asam amino dengan tRNA berlangsung dengan bantuan enzim amino asil sintetase dan ATP melalui 2 tahap reaksi .

a.Tahap pertama asam amino dengan enzim dan AMP

membentuk kompleks aminoasil-AMP-enzim.

b. Kedua, terjadi reaksi antara kompleks aminoasil-AMP-enzim dengan tRNA. Pada reaksi ini terbentuk kompleks tRNA-asam amino, sedangkan AMP dan enzim sintetase dilepaskan kembali.

2. Di dalam ribosom terdapat sebagian dari rantai nukleotida mRNA yang telah siap menerima tRNA yang membawa asam amino. Tiap molekul aminoasil-tRNA masuk ke dalam ribosom secara berurutan, membentuk pasangan kodon dan anti kodon yang sesuai. Untuk memulai biosintesis protein, tRNA yang mempunyai antikodon UAC mengikat formil-metionin dan masuk ke dalam ribosom menempati bagian dari mRNA yang mempunyai kodon AUG. Formil metionin ini terbentuk setelah tRNA berikatan dengan metionin, kemudian berikutnya dengan formil FH2 dengan bantuan enzim formilase

3. Selanjutnya tRNA kedua yang telah mengikat asam amino, misalnya tRNA-metionin, masuk kedlam ribosom dan menempati kodon AUG berikutnya. Dengan cara ini formil metionin yang menjadi asam amino awal membentuk ikatan peptida dengan metionin. Setelah terjadi ikatan peptida, maka tRNA yang pertama dilepaskan dan keluar dari ribosom. Oleh karena dalam ribosom hanya dapat ditempati oleh 2 tRNA, maka tRNA ketiga masuk setelah tRNA yang pertama keluar dari ribosom. Misalnya tRNA yang ketiga ialah tRNA yang mempunyai anti-kodon CAC dan berpasangan dengan kodon ketiga pada mRNA yaitu GUG. tRNA ketiga ini mengikat valin dan dengan masuknya tRNA-valin ke dalam ribosom, maka terjadi ikatan antara metionin –valin. Proses pembentukan ikatan peptida ini berlangsung terus sesuai dengan kode genetika yang terdapat pada molekul mRNA. Reaksi pembentukan ikatan peptida antara molekul asam-asam amino ini dapat berlangsung karena ikut sertanya guanosintrifosfat (GTP) yang berubah menjadi guanosindifosfat (GDP), dengan melepaskan satu gugus fosfat dan energi

4. Proses biosintesis protein akan berhenti apabila pada mRNA terdapat kodon UAA, UAG atau UGA, karena dalam sel normal tidak terdapat tRNA yang mempunyai antikodon komplementer terhadap ketiga kodon tersebut. Ketiga kodon ini merupakan tanda berhenti (stop) pada proses pembentikan ikatan peptida. Sebagai ganti tRNA, ada 2 jenis protein yang dapat mengikat ketiga jenis kodon tersebut. Protein ini berlaku sebagai sebagai faktor-faktor pelepas (releasing factor = RF), ikatan asam amino terakhir dengan tRNA. Kedua jenis protein ini diberi tanda RF1 dan RF2. RF1 dapat mengadakan ikatan dengan kodon UAA dan UAG, sedangkan RF2 dengan UAA dan UGA. Terbentuknya ikatan kedua protein tersebut dengan mRNA dapat mengaktifkan enzim transferase peptidil, sehingga enzim ini dapat bekerja sebagai katalis dalam reaksi hidrolisis yang mengakibatkan terlepasnya asam amino terakhir dari molekul tRNA.

5. Setelah tahap terminasi, dilanjutkan dengan tahap pelipatan dan pengolahan yang bertujuan untuk memperoleh sifat aktif dari polipeptida (protein) yang terbentuk. Terbentuknya ikatan kedua protein tersebut dengan mRNA dapat mengaktifkan enzim transferase peptidil, sehingga enzim ini dapat bekerja sebagai katalis dalam reaksi hidrolisis yang mengakibatkan terlepasnya asam amino terakhir dari molekul tRNA (Suryana, A.1997).

2.10 Fungsi DNA sebagai Materi Genetik

DNA sebagai materi genetik pada sebagian besar organisme harus dapat menjalankan tiga macam fungsi pokok berikut ini.DNA harus mampu menyimpan informasi genetik dan dengan tepat dapat meneruskan informasi tersebut dari tetua kepada keturunannya, dari generasi ke generasi. DNA harus mengatur perkembangan fenotipe organisme. Artinya, materi genetik harus mengarahkan pertumbuhan dan diferensiasi organisme mulai dari zigot hingga individu dewasa. DNA sewaktu-waktu harus dapat mengalami perubahan sehingga organisme yang bersangkutan akan mampu beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang berubah. Tanpa perubahan semacam ini, evolusi tidak akan pernah berlangsung. Fungsi ini merupakan fungsi evolusioner, yang dilaksanakan melalui peristiwa mutasi (Tahlim Sudaryanto.2001).

2.11 Prinsip Dasar Transkripsi

Telah dijelaskan sebelumnya fungsi dasar kedua yang harus dijalankan oleh DNA sebagai materi genetik adalah fungsi fenotipik. Artinya, DNA harus mampu mengatur pertumbuhan dan diferensiasi individu organisme sehingga dihasilkan suatu fenotipe tertentu. Fungsi ini dilaksanakan melalui ekspresi gen, yang tahap pertamanya adalah proses transkripsi, yaitu perubahan urutan basa molekul DNA menjadi urutan basa molekul RNA. Dengan perkataan lain, transkripsi merupakan proses sintesis RNA menggunakan salah satu untai molekul DNA sebagai cetakan (templat)nya.Transkripsi mempunyai ciri-ciri kimiawi yang serupa dengan sintesis/replikasi DNA, yaitu: Adanya sumber basa nitrogen berupa nukleosida trifosfat. Bedanya dengan sumber basa untuk sintesis DNA hanyalah pada molekul gula pentosanya yang tidak berupa deoksiribosa tetapi ribosa dan tidak adanya basa timin tetapi digantikan oleh urasil. Jadi, keempat nukleosida trifosfat yang diperlukan adalah adenosin trifosfat (ATP), guanosin trifosfat (GTP), sitidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP).Adanya untai molekul DNA sebagai cetakan. Dalam hal ini hanya salah satu di antara kedua untai DNA yang akan berfungsi sebagai cetakan bagi sintesis molekul RNA. Untai DNA ini mempunyai urutan basa yang komplementer dengan urutan basa RNA hasil transkripsinya, dan disebut sebagai pita antisens. Sementara itu, untai DNA pasangannya, yang mempunyai urutan basa sama dengan urutan basa RNA, disebut sebagai pita sens. Meskipun demikian, sebenarnya transkripsi pada umumnya tidak terjadi pada urutan basa di sepanjang salah satu untai DNA. Jadi, bisa saja urutan basa yang ditranskripsi terdapat berselang-seling di antara kedua untai DNA. Sintesis berlangsung dengan arah 5’→ 3’ seperti halnya arah sintesis DNA.Gugus 3’- OH pada suatu nukleotida bereaksi dengan gugus 5’- trifosfat pada nukleotida berikutnya menghasilkan ikatan fosofodiester dengan membebaskan dua atom pirofosfat anorganik (PPi). Reaksi ini jelas sama dengan reaksi polimerisasi DNA. Hanya saja enzim yang bekerja bukannya DNA polimerase, melainkan RNA polimerase. Perbedaan yang sangat nyata di antara kedua enzim ini terletak pada kemampuan enzim RNA polimerase untuk melakukan inisiasi sintesis RNA tanpa adanya molekul primer.

     Secara garis besar transkripsi berlangsung dalam empat tahap, yaitu    pengenalan promoter, inisiasi, elongasi, dan teminasi. (Apriyanto, A.1989).

2.12 Tipe RNA

RNA hadir di alam dalam berbagai macam/tipe. Sebagai bahan genetik, RNA berwujud sepasang pita (Inggris double-stranded RNA, dsRNA). Genetika molekular klasik mengajarkan adanya tiga tipe RNA yang terlibat dalam proses sintesis protein:

RNA-kurir (bahasa Inggris: messenger-RNA, mRNA),

RNA-ribosom (bahasa Inggris: ribosomal-RNA, rRNA),

RNA-transfer (bahasa Inggris: transfer-RNA, tRNA).

Struktur mRNA dikatakan sebagai struktur primer, sedangkan struktur tRNA dan rRNA dikatakan sebagai struktur sekunder. Perbedaan di antara ketiga struktur molekul RNA tersebut berkaitan dengan perbedaan fungsinya masing-masing. Pada akhir abad ke-20 dan awal abad ke-21 diketahui bahwa RNA hadir dalam berbagai macam bentuk dan terlibat dalam proses pascatranslasi. Dalam pengaturan ekspresi genetik orang sekarang mengenal RNA-mikro (miRNA) yang terlibat dalam "peredaman gen" atau gene silencing dan small-interfering RNA (siRNA) yang terlibat dalam proses pertahanan terhadap serangan virus (Desrosier, N.1988).

2.13 Fungsi RNA

Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA merupakan bahan genetik. Ia berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik, sebagaimana DNA pada organisme hidup lain. Ketika virus ini menyerang sel hidup, RNA yang dibawanya masuk ke sitoplasma sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh sel inang untuk menghasilkan virus-virus baru.Namun demikian, peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk 'triplet', tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein. Lihat ekspresi genetik untuk keterangan lebih lanjut.Penelitian mutakhir atas fungsi RNA menunjukkan bukti yang mendukung atas teori 'dunia RNA', yang menyatakan bahwa pada awal proses evolusi, RNA merupakan bahan genetik universal sebelum organisme hidup memakai DNA. (Ellasson, A.C.1993).

Tidak seperti DNA, molekul RNA pada umumnya berupa untai tunggal sehingga tidak memiliki struktur tangga berpilin. Namun, modifikasi struktur juga terjadi akibat terbentuknya ikatan hidrogen di dalam untai tunggal itu sendiri (intramolekuler). Dengan adanya modifikasi struktur molekul RNA, kita mengenal tiga macam RNA, yaitu RNA duta atau messenger RNA (mRNA), RNA pemindah atau transfer RNA (tRNA), dan RNA ribosomal (rRNA). Struktur mRNA dikatakan sebagai struktur primer, sedangkan struktur tRNA dan rRNA dikatakan sebagai struktur sekunder. Perbedaan di antara ketiga struktur molekul RNA tersebut berkaitan dengan perbedaan fungsinya masing-masing.  (Kilara, A.1994).