Asam Nukleat - Sejarah Singkat, Jenis, dan Dogma Sentral

Daftar Isi

• Sejarah Penemuan Asam Nukleat
• Jenis Asam Nukleat
• Dogma Sentral Biologi Molekuler
• 1. Replikasi DNA
• 2. Transkripsi DNA
• 3. Translasi DNA
• Summary

SEJARAH PENEMUAN ASAM NUKLEAT

    Friedrich Miescher (1844-1895) merupakan orang yang pertama kali memperkenalkan asam nukleat. Diawali ketika ia mengisolasi inti sel pada sel yang terdapat pada nanah bekas pembalut luka. Miescher kemudian mengekstrak inti sel tersebut dan memperoleh suatu zat yang larut dalam basa tetapi tidak larut dalam asam. Zat tersebut kemudian disebut sebagai nuklein, namun pada tahun 1899, Richard Altmann, seorang ahli patologi asal German mengubah sebutan nuklein menjadi asam nukleat. Penelitian selanjutnya membuktikan bahwa asam nukleat merupakan senyawa pembentuk sel dan jaringan normal. Penemuan terpenting adalah ketika James D. Watson dan Francis H.C. Crick (1953) menemukan struktur heliks ganda DNA.

Struktur DNA Model 3D oleh Watson dan Crick (1953)
(sumber gambar: Barrington Brown/Science Photo Library)

JENIS ASAM NUKLEAT    

    Asam nukleat terdiri dari 2 tipe, yakni DNA (deoxyribonucleic acid) dan RNA (ribonucleic acid). Baik DNA maupun RNA pada umumnya terikat oleh protein dan bersifat basa. Misalnya DNA dalam inti sel terikat pada histon. Senyawa gabungan antara protein dan asam nukleat disebut nucleoprotein. DNA berfungsi menyimpan informasi genetik yang spesifik untuk setiap individu dan spesies tertentu yang akan diwariskan ke generasi berikutnya. Semua sel menggunakan sistem di mana informasi yang terdapat dalam DNA disalin menjadi RNA dan kemudian diubah menjadi protein oleh mesin molekul yang disebut ribosom.

    Asam nukleat adalah polimer yang terdiri dari unit berulang, disebut nukleotida. Penyusun tiap nukleotida adalah gula, fosfat, dan basa nitrogen. Basa yang ditemukan pada nukleotida adalah basa purin (adenin = A, guanin = G) dan basa pirimidin (sitosin = C, timin = T, urasil = U).

Perbedaan Struktur DNA dan RNA

DOGMA SENTRAL BIOLOGI MOLEKULER

    Terdapat 3 jalur utama aliran informasi dalam sel, yakni replikasi, transkripsi, dan translasi. Pada proses replikasi, informasi berpindah dari sebuah molekul DNA ke molekul-molekul DNA lainnya. Pada transkripsi, informasi berpindah dari DNA ke RNA. Sedangkan dalam proses translasi, informasi berpindah dari RNA ke protein. Konsep aliran informasi ini dikemukakan oleh Francis Crick dalam konsep yang disebutnya sebagai dogma sentral dalam biologi molekuler. Dogma sentral menyatakan bahwa informasi genetik berpindah dari DNA ke protein dalam jalur informasi satu arah.

Dogma Sentral Biologi Molekuler

REPLIKASI

    Replikasi DNA merupakan tahapan sintesis molekul DNA dengan menggunakan molekul DNA sebagai cetakan (template). Enzim helikase akan memutus ikatan-ikatan hidrogen yang menyatukan kedua untaian DNA kemudian membuka untaian ganda tersebut menjadi dua cabang. DNA polimerase juga hadir sebagai pembentuk untaian DNA baru dengan memperpanjang RNA. Rantai DNA baru akan disintesis dari arah 5’ menuju 3’ sedangkan DNA polimerase bergerak pada DNA induk dengan arah 3’ menuju 5’. Selanjutnya, lagging strand yang terletak pada sisi yang berseberangan dengan leading strand pada garpu replikasi akan disintesis dalam segmen-segmen yang disebut fragmen Okazaki. DNA ligase tidak dilibatkan dalam pemanjangan rantai, melainkan berperan dalam pemasangan enzim-enzim untuk perekatan celah melalui molekul DNA.

TRANSKRIPSI

    Trankripsi DNA merupakan proses sintesis RNA di bawah arahan DNA. Terdapat 3 tahapan dalam proses ini, yakni inisiasi, elongasi, dan terminasi. Pada inisiasi, RNA polimerase terikat pada untai DNA (pada promoter) untuk kemudian melangsungkan proses pemisahan untaian ganda DNA. Proses pemisahan tersebut menyediakan template atau cetakan untaian tunggal yang siap untuk ditranskripsi. Masuk pada tahap elongasi, RNA polimerase akan ‘membaca’ cetakan ini dan membentuk molekul mRNA dengan informasi yang sama dari rantai untaian DNA non-template. Ketika molekul mRNA telah terbentuk, terminator akan memberikal sinyal bahwa transkripsi RNA telah selesai sehingga RNA polimerase melepaskan hasil transkripsi RNA. Inilah yang disebut dengan terminasi.

    Berbeda dengan mRNA hasil transkripsi pada prokariotik, molekul RNA hasil transkripsi masih berupa pre-mRNA sehingga perlu dimodifikasi terlebih dahulu sebelum masuk ke tahapan translasi. Ujung dari pre-mRNA akan dimodifikasi di mana terjadi penambahan cap di ujung 5’ dan poly-A-tail di ujung 3’. Tujuan penambahan kedua bagian tersebut bermanfaat untuk meningkatkan stabilitas mRNA. Selain itu, adapula yang disebut splicing, di mana bagian intron (tidak mengandung asam amino) akan dipotong sehingga sisa kepingannya (exon) disambung kembali.

TRANSLASI

    Pada proses translasi DNA, urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA akan diterjemahkan menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida. mRNA yang dihasilkan dari proses sebelumnya keluar melalui pori-pori nukleus menuju sitoplasma. Kedua subunit ribosom kemudian datang, mRNA akan masuk ke dalam ‘celah’ ribosom dan mulai membaca kodon yang masuk. Kodon I akan terbaca dan tRNA datang membawa antikodon yang sesuai. Tahapan ini disebut inisiasi. Selanjutnya pada elongasi, asam amino akan ditambahkan satu-persatu pada asam amino pertama (metionin). Ribosom terus bergeser dan mulai membaca kodon II sehingga tRNA datang membawa antikodon yang sesuai. Demikian ini terus berlanjut hingga kodon stop mencapai ribosom. Tahap terminasi ini dipengaruhi oleh tibanya kodon stop (UAA, UAG, dan UGA) yang tidak mengkode suatu asam amino sehingga proses translasi selesai. mRNA keluar, polipeptida terbentuk untuk kemudian segera diproses membentuk protein dan kedua subunit ribosom akan memisah.

    Pada tahap selanjutnya, polipeptida akan diproses membentuk protein. Protein mempunyai peranan kunci dalam semua proses biologis pada tingkat organisme, baik pada organisme tingkat rendah sampai dengan organisme tingkat tinggi. Peranan biologis tersebut mempunyai cakupan yang sangat luas, antara lain seperti transport dan penyimpanan, pengaturan dan koordinasi gerak, penunjang mekanik, proteksi terhadap imun, rangsangan, dan integrasi metabolism. Tak hanya itu, protein bahkan memegang peran yang sangat penting bagi kontrol pertumbuhan dan diferensiasi.

SUMMARY: Asam nukleat pertama kali ditemukan oleh Friedrich Miescher (1869). Terdapat 2 jenis asam nukleat, yakni DNA dan RNA. Konsep dogma sentral menyatakan bahwa informasi genetik berpindah dari RNA ke DNA dalam proses transkripsi dan DNA ke protein dalam proses translasi.

REFERENSI ARTIKEL

Campbell, N.A., J.B. Reece, L.A. Urry, M.L. Cain, S.A. Wasserman, P.V. Minorsky, dan R.B. Jackson, 2010, Biologi, Jilid 1, Edisi 8, Terjemahan oleh Damaring Tyas Wulandari, Erlangga, Jakarta.

Desy, 2010, Translasi, Substansi Genetika.

Hodge, R., 2010, Human Genetics: Race, Population and Disease, Facts on File, New York.

Katili, A.S., 2009, Struktur dan Fungsi Protein Kolagen, Jurnal Pelangi Ilmu, 2(5): 19-28.

Morihito, R.V.S.A., S.E. Chungdinata, T.A. Nazareth, M.I. Pulukadang, R.A.M. Makalew, dan B. Pinontoan, 2017, Identifikasi Perubahan Struktur DNA terhadap Pembentukan Sel Kanker Menggunakan Dekomposisi Graf, Jurnal Ilmiah Sains, 17(2): 153-160.

Pierce, B.A., 2010, Genetic Essentials: Concepts and Connections, W.H. Freeman and Company, New York.

Salman, M., 2015, Proses Sintesis Protein, Dosen Biologi.

Susanto, A.H., 2012, Bahan Ajar Biologi Molekuler, Unsoed, Purwokerto.