Asam Deoksiribonukleat (DNA)
Asam
deoksiribonukleat, lebih
dikenal dengan DNA (bahasa Inggris: deoxyribonucleic
acid), adalah sejenis asam nukleat yang
tergolong biomolekul utama penyusun berat
kering setiap organisme. Di dalam sel, DNA umumnya
terletak di dalam inti sel.
Secara
garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi
genetik; artinya, DNA menyimpan cetak
biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme. Di
antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus tidak termasuk organisme) seperti HIV (Human Immunodeficiency Virus).
Struktur molekul DNA. Atom karbon berwarna hitam, oksigen merah, nitrogen biru, fosfor hijau, dan hidrogen putih.
⋆ Karakteristik kimia
DNA
merupakan polimer yang terdiri
dari tiga komponen utama,
1.
gugus fosfat
2.
gula
deoksiribosa
3.
basa
nitrogen, yang terdiri dari:
a. Adenina (A)
b. Guanina (G)
c. Sitosina (C)
d. Timina (T)
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. 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 adenina
(dilambangkan A), sitosina (C, dari cytosine), guanina (G), dan timina (T). Adenina berikatan hidrogen dengan timina, sedangkan guanina
berikatan dengan sitosina. Segmen polipeptida dari DNA disebut gen, biasanya merupakan molekul RNA.[4]
Struktur untai komplementer DNA
menunjukkan pasangan basa (adenina dengan timina dan guanina dengan sitosina) yang
membentuk DNA beruntai ganda.
⋆ Fungsi biologis (Replikasi)
Pada replikasi DNA, rantai DNA baru
dibentuk berdasarkan urutan nukleotida pada DNA yang digandakan.
Replikasi merupakan
proses pelipatgandaan DNA. Proses replikasi ini diperlukan ketika sel akan membelah
diri. Pada setiap sel, kecuali sel gamet, pembelahan
diri harus disertai dengan replikasi DNA supaya semua sel turunan memiliki
informasi genetik yang sama. Pada dasarnya, proses replikasi memanfaatkan fakta
bahwa DNA terdiri dari dua rantai dan rantai yang satu merupakan
"konjugat" dari rantai pasangannya. Dengan kata lain, dengan
mengetahui susunan satu rantai, maka susunan rantai pasangan dapat dengan mudah
dibentuk. Ada beberapa teori yang mencoba menjelaskan bagaimana proses
replikasi DNA ini terjadi. Salah satu teori yang paling populer menyatakan
bahwa pada masing-masing DNA baru yang diperoleh pada akhir proses replikasi;
satu rantai tunggal merupakan rantai DNA dari rantai DNA sebelumnya, sedangkan
rantai pasangannya merupakan rantai yang baru disintesis. Rantai tunggal yang
diperoleh dari DNA sebelumnya tersebut bertindak sebagai "cetakan"
untuk membuat rantai pasangannya.
Proses
replikasi memerlukan protein atau enzim pembantu; salah satu yang terpenting dikenal dengan nama DNA polimerase, yang
merupakan enzim pembantu pembentukan rantai DNA baru yang merupakan suatu polimer. Proses
replikasi diawali dengan pembukaan untaian ganda DNA pada titik-titik tertentu
di sepanjang rantai DNA. Proses pembukaan rantai DNA ini dibantu oleh enzim
helikase yang dapat mengenali titik-titik tersebut, dan enzim girase yang mampu
membuka pilinan rantai DNA. Setelah cukup ruang terbentuk akibat pembukaan
untaian ganda ini, DNA polimerase masuk dan mengikat diri pada kedua rantai DNA
yang sudah terbuka secara lokal tersebut. Proses pembukaan rantai ganda
tersebut berlangsung disertai dengan pergeseran DNA polimerase mengikuti arah
membukanya rantai ganda. Monomer DNA ditambahkan di kedua sisi rantai yang
membuka setiap kali DNA polimerase bergeser. Hal ini berlanjut sampai seluruh
rantai telah benar-benar terpisah.
Proses
replikasi DNA ini merupakan proses yang rumit namun teliti. Proses sintesis
rantai DNA baru memiliki suatu mekanisme yang mencegah terjadinya kesalahan
pemasukan monomer yang dapat berakibat fatal. Karena mekanisme inilah
kemungkinan terjadinya kesalahan sintesis amatlah kecil.
⋆ Penggunaan DNA dalam teknologi
1. DNA dalam forensik
Ilmuwan
forensik dapat menggunakan DNA yang
terletak dalam darah, sperma, kulit, liur atau rambut yang tersisa di tempat kejadian kejahatan untuk mengidentifikasi
kemungkinan tersangka, sebuah proses yang disebut fingerprinting genetika
atau pemrofilan DNA (DNA profiling). Dalam pemrofilan DNA panjang
relatif dari bagian DNA yang berulang seperti short tandem
repeats dan minisatelit, dibandingkan. Pemrofilan DNA dikembangkan pada 1984 oleh genetikawan Inggris Alec
Jeffreys dari Universitas
Leicester, dan pertama kali digunakan untuk
mendakwa Colin
Pitchfork pada 1988 dalam kasus pembunuhan
Enderby di Leicestershire, Inggris. Banyak
yurisdiksi membutuhkan terdakwa dari kejahatan tertentu untuk menyediakan
sebuah contoh DNA untuk dimasukkan ke dalam database komputer. Hal ini
telah membantu investigator menyelesaikan kasus lama di mana pelanggar tidak
diketahui dan hanya contoh DNA yang diperoleh dari tempat kejadian (terutama
dalam kasus perkosaan antar orang tak dikenal). Metode ini adalah salah satu teknik
paling tepercaya untuk mengidentifikasi seorang pelaku kejahatan, tetapi tidak
selalu sempurna, misalnya bila tidak ada DNA yang dapat diperoleh, atau bila
tempat kejadian terkontaminasi oleh DNA dari banyak orang.
2. DNA dalam komputasi
DNA
memainkan peran penting dalam ilmu komputer, baik
sebagai masalah riset dan sebagai sebuah cara komputasi. Riset dalam algoritma
pencarian string, yang
menemukan kejadian dari urutan huruf di dalam urutan huruf yang lebih besar,
dimotivasi sebagian oleh riset DNA, dimana algoritma ini digunakan untuk
mencari urutan tertentu dari nukleotida dalam sebuah urutan yang besar. Dalam
aplikasi lainnya seperti editor
text, bahkan algoritma sederhana untuk
masalah ini biasanya mencukupi, tetapi urutan DNA menyebabkan
algoritma-algoritma ini untuk menunjukkan sifat kasus-mendekati-terburuk
dikarenakan jumlah kecil dari karakter yang berbeda.
Teori
database juga telah
dipengaruhi oleh riset DNA, yang memiliki masalah khusus untuk menaruh dan
memanipulasi urutan DNA. Database yang dikhususkan untuk riset DNA disebut database
genomik, dam harus menangani sejumlah
tantangan teknis yang unik yang dihubungkan dengan operasi pembandingan
kira-kira, pembandingan urutan, mencari pola yang berulang, dan pencarian
homologi.
⋆ Sejarah
DNA
pertama kali berhasil dimurnikan pada tahun 1868 oleh ilmuwan Swiss Friedrich
Miescher di Tubingen, Jerman, yang menamainya nuclein berdasarkan lokasinya di dalam
inti sel. Namun demikian, penelitian terhadap peranan DNA di dalam sel baru
dimulai pada awal abad 20, bersamaan dengan ditemukannya postulat genetika Mendel. DNA dan protein dianggap dua
molekul yang paling memungkinkan sebagai pembawa sifat genetis berdasarkan
teori tersebut.
Dua
eksperimen pada dekade 40-an membuktikan fungsi DNA sebagai materi genetik.
Dalam penelitian oleh Avery dan rekan-rekannya, ekstrak dari sel bakteri yang satu gagal men-transform sel bakteri lainnya kecuali jika DNA dalam ekstrak dibiarkan
utuh. Eksperimen yang dilakukan Hershey dan Chase membuktikan hal yang sama dengan menggunakan pencari jejak radioaktif
(bahasa
Inggris: radioactive tracers).
Misteri
yang belum terpecahkan ketika itu adalah: bagaimanakah struktur DNA sehingga ia
mampu bertugas sebagai materi genetik? Persoalan ini dijawab oleh Francis Crick dan
koleganya James Watson berdasarkan hasil difraksi sinar X pada DNA
oleh Maurice
Wilkins dan Rosalind Franklin.
Pada
tahun 1953, James Watson dan Francis Crick mendefinisikan DNA sebagai polimer yang terdiri
dari 4 basa dari asam nukleat, dua dari
kelompok purina:adenina dan
guanina; dan dua lainnya dari kelompok pirimidina:sitosina dan timina. Keempat nukleobasa tersebut
terhubung dengan glukosa
fosfat.
Maurice
Wilkins dan Rosalind Franklin menemukan bahwa molekul DNA berbentuk heliks yang berputar setiap 3,4 nm, sedangkan jarak antar molekul
nukleobasa adalah 0,34 nm, hingga dapat ditentukan bahwa terdapat 10 molekul
nukleobasa pada setiap putaran DNA. Setelah diketahui bahwa diameter heliks DNA
sekitar 2 nm, baru diketahui bahwa DNA terdiri bukan dari 1 rantai, melainkan 2
rantai heliks.
Crick,
Watson, dan Wilkins mendapatkan hadiah Nobel Kedokteran
pada 1962 atas penemuan ini. Franklin, karena sudah wafat pada waktu itu, tidak
dapat dianugerahi hadiah ini. Konfirmasi akhir mekanisme replikasi DNA dilakukan
lewat percobaan
Meselson-Stahl yang dilakukan tahun 1958.
2.
asam
ribonukleat (RNA).
Asam ribonukleat (bahasa Inggris :
ribonucleic acid, RNA) senyawa yang merupakan bahan genetic dan memainkan peran
utama dalam ekspresi genetic. Dalam dogma pokok (central dogma) genetika
molecular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi
fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein.
⋆
Struktur RNA
Struktur
dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah
nukleotida. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus pentosa,
dan satu gugus basa nitrogen (basa N). polimer tersusun atas ikatan
berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus pentosa
dari nukleotida yang lain.
Perbedaan
RNA dan DNA terletak pada satu gugus hidroksil cincin gula pentose, sehingga
dinamakan ribose, sedangkan gugus pentosa pada DNA disebut deoksiribosa. Basa
nitrogen pada RNA sama dengan DNA, kecuali basa timina pada DNA diganti dengan
urasil pada RNA. Jadi tetap ada empat pilihan : adenine, guanine, sitosina,
atau urasil untuk suatu nukleotida.
Selain
itu, bentuk konformasi RNA tidak berupa pilin ganda sebagaimana DNA, tetapi
bervariasi sesuai dengan tipe dan fungsinya.
⋆
Tipe-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, pada eukariota terdapat tiga tipe RNA yang terlibat dalam proses
sintesis protein :
1.
RNA-kurir (bahasa inggris :
messenger-RNA, mRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase I.
2.
RNA-ribosom (bahasa Inggris :
ribosomal-RNA, rRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase II.
3.
RNA-transfer (bahasa Inggris :
transfer-RNA, tRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase III.
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.
⋆
FUNGSI RNA
Pada
sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA merupakan bahan genetik. Ia
berfungsi sebagai penyimpanan 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.
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.
⋆
Interferensi DNA
⋆
Suatu gejala yang baru ditemukan pada
penghujung abad ke-20 adalah adanya mekanisme peredaman (silencing) dalam
ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa RNA tidak diterjemahkan (translasi)
menjadi protein oleh tRNA. Ini terjadi karena sebelum sempat ditranslasi, mRNA
dicerna/ dihancurkan oleh suatu mekanisme yang disebut sebagai “interferensi
RNA”. Mekanisme ini melibatkan paling sedikit tiga substansi (enzim dan protein
lain). Gejala ini pertama kali ditemukan pada nematode Caenorhabditis elegans
tetapi selanjutnya ditemukan pada hamper semua kelompok organisme hidup.
Asam amino adalah sembarang senyawa organik yang memiliki gugus fungsional karboksil (-COOH) dan amina (biasanya -NH2). Dalam biokimia seringkali pengertiannya dipersempit:
keduanya terikat pada satu atom karbon (C) yang sama (disebut atom C "alfa" atau α). Gugus karboksil memberikan sifat asam dan gugus amina memberikan sifat basa. Dalam bentuk larutan, asam amino bersifat amfoterik: cenderung menjadi asam pada larutan
basa dan menjadi basa pada larutan asam. Perilaku ini terjadi karena asam amino
mampu menjadi zwitter-ion. Asam amino termasuk golongan senyawa
yang paling banyak dipelajari karena salah satu fungsinya sangat penting dalam organisme, yaitu sebagai penyusun protein.
⋆
Struktur asam amino
Struktur
asam amino secara umum adalah satu atom C yang mengikat empat gugus: gugus amina (NH2), gugus karboksil (COOH), atom
hidrogen (H), dan satu gugus sisa (R, dari residue) atau disebut
juga gugus atau rantai samping yang membedakan satu asam amino dengan asam amino
lainnya.
Atom
C pusat tersebut dinamai atom Cα ("C-alfa") sesuai dengan
penamaan senyawa bergugus karboksil, yaitu atom C yang berikatan langsung
dengan gugus karboksil. Oleh karena gugus amina juga terikat pada atom Cα
ini, senyawa tersebut merupakan asam α-amino.
Asam
amino biasanya diklasifikasikan berdasarkan sifat kimia rantai samping tersebut
menjadi empat kelompok. Rantai samping dapat membuat asam amino bersifat asam
lemah, basa lemah, hidrofilik jika polar, dan hidrofobik jika nonpolar.
1. Isomerisme pada asam amino
Karena
atom C pusat mengikat empat gugus yang berbeda, maka asam amino—kecuali glisina—memiliki isomer
optik: l
dan d. Cara sederhana untuk
mengidentifikasi isomeri ini dari gambaran dua dimensi adalah dengan
"mendorong" atom H ke belakang pembaca (menjauhi pembaca). Jika
searah putaran jarum jam (putaran ke kanan) terjadi urutan karboksil-residu-amina
maka ini adalah tipe d. Jika
urutan ini terjadi dengan arah putaran berlawanan jarum jam, maka itu adalah
tipe l. (Aturan ini dikenal dalam
bahasa Inggris dengan nama CLRN, dari singkatan COOH - R -
NH2).
Pada
umumnya, asam amino alami yang dihasilkan eukariota merupakan tipe l
meskipun beberapa siput laut menghasilkan tipe d.
Dinding sel bakteri banyak mengandung asam amino tipe d.
2. Polimerisasi asam amino
Protein
merupakan polimer yang
tersusun dari asam amino sebagai monomernya.
Monomer-monomer ini tersambung dengan ikatan
peptida, yang mengikat gugus karboksil
milik satu monomer dengan gugus amina milik monomer di sebelahnya. Reaksi
penyambungan ini (disebut translasi) secara alami terjadi di sitoplasma dengan bantuan ribosom dan tRNA.
Pada
polimerisasi asam amino, gugus -OH yang merupakan bagian gugus karboksil satu
asam amino dan gugus -H yang merupakan bagian gugus amina asam amino lainnya
akan terlepas dan membentuk air. Oleh sebab itu, reaksi ini termasuk dalam
reaksi dehidrasi. Molekul
asam amino yang telah melepaskan molekul air dikatakan disebut dalam bentuk residu
asam amino.
3. Zwitter-ion
Karena asam amino memiliki gugus aktif
amina dan karboksil sekaligus, zat ini dapat dianggap sebagai sekaligus asam
dan basa (walaupun pH alaminya biasanya dipengaruhi oleh gugus-R yang
dimiliki). Pada pH tertentu yang disebut titik isolistrik, gugus amina pada asam amino menjadi
bermuatan positif (terprotonasi, –NH3+), sedangkan gugus
karboksilnya menjadi bermuatan negatif (terdeprotonasi, –COO-).
Titik isolistrik ini spesifik bergantung pada jenis asam aminonya. Dalam
keadaan demikian, asam amino tersebut dikatakan berbentuk zwitter-ion. Zwitter-ion dapat diekstrak dari
larutan asam amino sebagai struktur kristal putih yang bertitik lebur tinggi
karena sifat dipolarnya. Kebanyakan asam amino bebas berada dalam bentuk
zwitter-ion pada pH netral maupun pH fisiologis yang dekat netral.
⋆ Asam amino dasar (standar)
Protein
tersusun dari berbagai asam amino yang masing-masing dihubungkan dengan ikatan peptida. Meskipun demikian, pada awal pembentukannya protein hanya
tersusun dari 20 asam amino yang dikenal sebagai asam amino dasar atau asam
amino baku atau asam amino penyusun protein (proteinogenik).
Asam-asam amino inilah yang disandi oleh DNA/RNA sebagai kode
genetik.
Berikut
adalah ke-20 asam amino penyusun protein (singkatan dalam kurung menunjukkan
singkatan tiga huruf dan satu huruf yang sering digunakan dalam kajian protein),
dikelompokkan menurut sifat atau struktur kimiawinya:
1. Asam amino alifatik sederhana
- Glisina (Gly, G)
- Alanina (Ala, A)
- Valina (Val, V)
- Leusina (Leu, L)
- Isoleusina (Ile, I)
2. Asam amino hidroksi-alifatik
- Serina (Ser, S)
- Treonina (Thr, T)
3. Asam amino dikarboksilat (asam)
- Asam aspartat (Asp, D)
- Asam glutamat (Glu, E)
4. Amida
- Asparagina (Asn, N)
- Glutamina (Gln, Q)
5. Asam amino basa
- Lisina (Lys, K)
- Arginina (Arg, R)
- Histidina (His, H) (memiliki gugus siklik)
6. Asam amino dengan sulfur
- Sisteina (Cys, C)
- Metionina (Met, M)
7. Prolin
- Prolina (Pro, P) (memiliki gugus siklik)
8. Asam amino aromatik
- Fenilalanina (Phe, F)
- Tirosina (Tyr, Y)
- Triptofan (Trp, W)
Kelompok
ini memiliki cincin
benzena dan menjadi bahan baku metabolit
sekunder aromatik.
⋆ Fungsi biologi asam amino
1.
Penyusun protein, termasuk
enzim.
2.
Kerangka
dasar sejumlah senyawa penting dalam metabolisme (terutama
vitamin, hormon dan asam nukleat).
3.
Pengikat
ion logam penting yang diperlukan dalam dalam reaksi enzimatik (kofaktor).
Asam amino esensial
Asam
amino diperlukan oleh makhluk hidup sebagai
penyusun protein atau sebagai
kerangka molekul-molekul penting. Ia disebut esensial bagi suatu spesies
organisme apabila spesies tersebut memerlukannya tetapi tidak mampu memproduksi
sendiri atau selalu kekurangan asam amino yang bersangkutan. Untuk memenuhi
kebutuhan ini, spesies itu harus memasoknya dari luar (lewat makanan). Istilah
"asam amino esensial" berlaku hanya bagi organisme heterotrof.
Bagi
manusia, ada delapan (ada yang menyebut sembilan) asam amino esensial
yang harus dipenuhi dari diet sehari-hari, yaitu isoleusina, leusina, lisina,
metionina, fenilalanina, treonina, triptofan, dan valina. Histidina dan
arginina disebut sebagai "setengah esensial" karena tubuh manusia
dewasa sehat mampu memenuhi kebutuhannya. Asam amino karnitina juga bersifat "setengah esensial" dan sering diberikan
untuk kepentingan pengobatan.
reaksi kondensasi dua asam amino membentuk
ikatan peptide
Asam amino dalam bentuk tidak terion (kiri)
dan dalam bentuk zwitter-ion.
Dua model molekul isomer optis asam amino
alanina
kak.. ada referensi/daftar pustakanya ngga? butuh buat laporan :")
ReplyDelete